一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台及实验方法与流程

本发明属于传热传质实验领域，具体涉及一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台及实验方法。

背景技术：

1、吸收式制冷及热泵等换热机组做为一种节能低碳的冷热源形式，目前大量应用于工业余热回收、大温差供热、多能互补耦合等能源综合利用领域。吸收式机组换热工质的传热传质性能直接影响到机组的换热性能，特别是随着新技术的发展，通过对换热工质加入各种类型气液相添加剂改变工质沸腾温度和表面张力特性，或者加入纳米微粒将换热工质制备成纳米流体，直接在微观尺度层面改变工质的热物理特性更是极大地提高了其传热传质性能潜力。为了更好地研究换热工质热物性改变对传热传质能力的影响，验证换热工质对机组性能改善的影响，因此需要研发一种结构简单、易于操作、流程合理、参数控制精确高效、自动化程度高的小型化实验平台对吸收式换热工质传热传质相关的热物理性能进行测试研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台，以便于对工质溶液进行传热传质实验。

2、本发明的另一目的是提供一种吸收式换热工质传热传质性能实验方法。

3、本发明的技术方案是：一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台，包括试验箱体，试验箱体上设有试验箱温度传感器和试验箱压力传感器；

4、试验箱体通过试验管道连接有恒温箱，试验管道上设有入口总阀和工质流量计，恒温箱上设有恒温箱温度传感器和恒温箱压力传感器；

5、试验箱体通过出口管道连接有稀溶液箱，出口管道上设有出口阀；

6、试验箱体内设有换热管束，换热管束两端分别连接有冷却进水管和冷却出水管，冷却进水管上设有冷却水泵、冷却进水阀、冷却水流量计和冷却进水温度传感器，冷却出水管上设有冷却出水阀和冷却出水温度传感器；

7、试验箱体通过蒸汽管道连接有蒸汽发生器，蒸汽管道上设有蒸汽阀，蒸汽发生器上设有蒸汽温度传感器。

8、作为本发明的进一步改进，在试验箱体内靠近蒸汽管道的一侧设有进汽格栅。

9、作为本发明的进一步改进，试验管道连接有多个试验支管，试验支管的出口端位于试验箱体内部顶部，试验支管的出口端连接有布液器，每个试验支管上设有入口分支阀。

10、作为本发明的进一步改进，试验箱体连接有真空管道，真空管道上设有真空泵和真空隔膜阀。

11、作为本发明的进一步改进，还包括浓溶液箱和蒸馏水箱，蒸馏水箱和浓溶液箱之间连接有注水管和蒸汽回流管，注水管上设有注水阀，蒸汽回流管上设有蒸汽回流阀；浓溶液箱和恒温箱之间通过浓溶液管相连，浓溶液管上设有浓溶液泵和浓溶液阀；浓溶液箱内设有浓溶液加热器，浓溶液箱上设有浓溶液温度传感器、浓溶液压力传感器。

12、作为本发明的进一步改进，还包括冷却水箱，冷却水箱通过蒸汽补水管与蒸馏水箱相连，蒸汽补水管上设有蒸汽补水泵和蒸汽补水阀；冷却水箱内设有冷却水箱加热器和冷却水箱冷却盘管，冷却水箱冷却盘管连接至制冷装置；冷却进水管和冷却出水管均连接至冷却水箱。

13、作为本发明的进一步改进，蒸馏水箱内设有蒸汽冷凝盘管，蒸汽冷凝盘管两端分别连接有冷凝进水管和冷凝出水管；冷凝进水管连接至冷却进水管且连接在冷却水泵后端，冷却进水阀、冷却水流量计和冷却进水温度传感器均位于冷凝进水管与冷却进水管的连接处后端，冷凝进水管上设有冷凝进水阀；冷凝出水管连接至冷却水箱，冷凝出水管上设有冷凝出水阀。

14、作为本发明的进一步改进，恒温箱内设有恒温箱加热器和恒温箱冷却盘管，恒温箱冷却盘管连接至制冷装置。

15、作为本发明的进一步改进，还包括主机，主机连接有数据采集分析系统和电气控制单元；

16、数据采集分析系统包括温度数据采集仪、压力数据采集仪、流量积算仪和浓度分析仪；温度数据采集仪与试验箱温度传感器、蒸汽温度传感器、冷却出水温度传感器、冷却进水温度传感器相连；压力数据采集仪与浓溶液压力传感器、恒温箱压力传感器、试验箱压力传感器相连；流量积算仪与工质流量计、冷却水流量计相连；浓度分析仪与试验箱体、恒温箱、浓溶液箱相连；

17、电气控制单元与浓溶液泵、浓溶液阀、入口总阀、入口分支阀、真空隔膜阀真空泵、出口阀、蒸汽阀、冷却水泵、冷却进水阀、冷却出水阀、冷凝进水阀、冷凝出水阀、制冷装置、浓溶液加热器、恒温箱加热器、冷却水箱加热器、注水阀、蒸汽补水阀、蒸汽补水泵、蒸汽回流阀相连。

18、一种吸收式换热工质传热传质性能实验方法，选择进行传热实验、传质实验或传热传质实验；

19、传热实验包括以下步骤：

20、a1、在浓溶液箱内进行实验用工质溶液的配制；

21、a2、开启浓溶液阀和浓溶液泵，将浓溶液箱内的工质溶液送入恒温箱，通过恒温箱加热器调节工质溶液至实验设定温度；

22、a3、关闭蒸汽阀，开启真空隔膜阀和出口阀，通过真空泵将试验箱体和稀溶液箱内部空气抽出，以到达实验所需真空度；

23、a4、保持蒸汽发生器和蒸汽阀的关闭；开启冷却水泵、冷却进水阀和冷却出水阀，让冷却水预先循环流动，关闭出口阀，然后开启入口总阀以及入口分支阀，使恒温箱内的工质溶液进入试验箱体进行传热实验过程，恒温箱温度传感器采集恒温箱温度数据，试验箱温度传感器采集试验箱体温度数据，冷却出水温度传感器采集冷却出水管温度数据，冷却进水温度传感器采集冷却进水管温度数据，结合流量积算仪采集的工质流量计和冷却水流量计的流量数据，经主机分析计算得出传热实验过程总换热量，验证工质溶液的传热性能；

24、a5、一次传热实验完成后，开启出口阀，将试验箱体内释放热量后的工质溶液排入稀溶液箱，然后关闭出口阀；

25、传质实验包括以下步骤：

26、b1、在浓溶液箱内进行实验用工质溶液配制；启动制冷装置，为恒温箱冷却盘管预先调节好冷却温度；

27、b2、开启浓溶液阀和浓溶液泵，将浓溶液箱内的工质溶液送入恒温箱，通过恒温箱冷却盘管为浓溶液降温至实验设定温度，提前释放吸收热；

28、b3、关闭蒸汽阀，开启真空隔膜阀和出口阀，通过真空泵将试验箱体和稀溶液箱内部空气抽出，以到达实验所需真空度；

29、b4、开启冷却水泵、冷却进水阀和冷却出水阀，让冷却水预先循环流动，关闭出口阀，然后开启蒸汽发生器、蒸汽阀、入口总阀以及入口分支阀，使使恒温箱内的工质溶液和蒸汽发生器产生的水蒸气进入试验箱体，进行传质实验过程，工质溶液通过布液器喷洒至换热管束表面吸收水蒸气，浓度分析仪采集分析试验箱体内吸收完成前后的工质溶液浓度并将数据反馈至主机，结合流量积算仪采集的工质流量计的流量数据，经主机分析计算得出传质实验过程水蒸气吸收总量，从而验证工质溶液传质的总体性能；

30、b5、一次传质实验完成后，开启出口阀，将试验箱体内完成实验后的工质溶液排入稀溶液箱，然后关闭出口阀；

31、传热传质实验包括以下步骤：

32、c1、在浓溶液箱内进行实验用工质溶液的配制；启动制冷装置，冷却水箱加热器和冷却水箱冷却盘管预先调节好冷却水箱内的冷却水温度；

33、c2、开启浓溶液阀和浓溶液泵，将浓溶液箱内的工质溶液送入恒温箱，通过恒温箱加热器和恒温箱冷却盘管调节工质溶液至实验设定温度；

34、c3、关闭蒸汽阀，开启真空隔膜阀和出口阀，通过真空泵将试验箱体和稀溶液箱内部空气抽出，以到达实验所需真空度；

35、c4、开启冷却水泵、冷却进水阀和冷却出水阀，让冷却水预先循环流动，关闭出口阀，然后开启蒸汽发生器、蒸汽阀、入口总阀以及入口分支阀，使使恒温箱内的工质溶液和蒸汽发生器产生的水蒸气进入试验箱体，进行传热传质实验过程，循环流动的冷却水带走实验过程中释放的吸收热，工质溶液通过布液器喷洒至换热管束表面，以水平管降膜吸收方式完成传热传质过程，浓度分析仪采集分析试验箱体内吸收完成前后的工质溶液浓度并将数据反馈至主机，恒温箱温度传感器采集恒温箱温度数据，试验箱温度传感器采集试验箱体温度数据，冷却出水温度传感器采集冷却出水管温度数据，冷却进水温度传感器采集冷却进水管温度数据，结合流量积算仪采集的工质流量计和冷却水流量计的流量数据，经主机分析计算得出传热传质实验过程总换热量和吸收水蒸气总量，从而验证工质溶液的总体性能；

36、c5、一次传质实验完成后，开启出口阀，将试验箱体内完成实验后的工质溶液排入稀溶液箱，然后关闭出口阀。

37、本发明的有益效果是：

38、本发明一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台采用模块化设计，系统组装简便，可根据实验要求灵活拆装更换试验模块，可独立进行传热实验或传质实验，实现传热传质分离的实验模式，用于吸收式换热工质传热传质的基础性能研究。本发明一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台充分考虑工质溶液循环及再生、冷却水循环、蒸汽循环的一体化设计，对吸收剂（未稀释的工质溶液）和冷剂水都充分利用，减少了实验原材料的浪费。本发明一种吸收式换热工质传热传质性能模块化实验平台采用大量自动化控制和一体化数据采集分析系统，自动化程度高，实验过程参数精度控制有保障。

39、本发明一种吸收式换热工质传热传质性能实验方法将实际过程中同时发生的传热和传质过程进行分离，可进行传热和传质的独立实验，两个过程互不干扰，数据更精确、更具针对性，亦可进行传热传质同步复合实验，模拟实际工程中吸收式机组的运行，贴近实际工况，数据具备参照性。

40、本发明对于吸收式换热工质热物理性质的基础研究，综合对比验证不同类型吸收式工质传热传质性能，以及助力新型吸收式工质应用于实际工程都有积极意义。