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原文传递摇摆对船用降膜吸收器降膜吸收特性影响研究

论文题名：	摇摆对船用降膜吸收器降膜吸收特性影响研究
关键词：	船舶余热;船舶摇摆;传热传质;制冷系统;船用柴油机;降膜吸收器
摘要：	吸收式制冷是一种有效回收和利用余热、废热等低品位热能的重要技术。而在船舶上，特别是在船用柴油机中存在大量的余热有待利用。但船舶行驶时的摇摆运动会对吸收式制冷系统产生影响。目前关于摇摆对降膜吸收影响方面的研究还很匮乏。因此深入研究摇摆状态对降膜吸收传热传质影响的机理，不仅具有十分重要的学术研究价值，而且具有很强的实用价值以及很好的应用前景。　　本文通过对溴化锂溶液在降膜吸收过程中传热、传质特性的分析，建立了静止和摇摆状态下的垂直降膜吸收过程的数学模型。主要研究内容如下: 　　以一艘排水量为600吨的客船的船舶柴油机的运行参数为基础，对利用船舶柴油机余热驱动吸收式制冷，以满足船舶空调负荷的可行性进行了研究。1）对该船的船舶柴油机进行了热力学分析。分析结果表明:船舶柴油机的排气热量占到了燃料燃烧所产生总热量的23.32％，排气(炯)占到燃料产生总(炯)量的29.55％。排气能量数量很大且品位较高，很适合用来驱动吸收式制冷空调。2为了探究排气热量是否能够满足该船空调负荷的要求，又对船舶的空调负荷的进行了计算。计算得到船舶总的冷负荷为54kW。因此若采用单效吸收式制冷，排气只需要降低24.2℃;若采用双效吸收式制冷，排气只需要降低14.5℃。采用单效或双效吸收式制冷技术，降低如此少的排气温度对排气系统的影响极小。从而验证了所提出的利用船舶柴油机余热驱动吸收式制冷，来满足船舶空调负荷方案的可行性。　　建立了静止（非摇摆）状态下的垂直降膜吸收模型。研究了静止状态下，液膜表面的波动情况，气-液界面浓度、温度分布以及液膜主体浓度、温度分布的变化情况。讨论了界面浓度和温度脉动对降膜吸收热质传递的影响。模拟结果表明:液膜表面波动有利于降膜吸收的进行，波动层流降膜吸收模型优于光滑降膜吸收模型。　　在静止模型的基础上，建立了摇摆条件下降膜吸收的物理、数学模型。研究了不同摇摆状态对吸收器内液膜的膜厚、速度、热通量、质量通量、出口浓度、出口温度等参数的影响。模拟结果显示:摇摆状态下液膜的沿壁面速度减小，液膜膜内径向速度增大，有利于降膜吸收的进行。轻微摇摆时降膜吸收效果较好，剧烈的摇摆时，降膜吸收的效果恶化。在摇摆条件下，液膜出口温度和出口浓度不再是定值，而是随着摇摆角度以及时间的变化而不断变化，变化是周期性的且变化周期等同摇摆周期。　　研究了摇摆状态下降膜流动的不稳定性，发现摇摆状态下降膜表面波可能出现的5个特征区域:单色波区，拟正弦波区，孤波区，合并波区以及脱落区。不同摇摆状态下，摇摆角度对于液膜表面波的波形变化具有很重要的影响。当摇摆角较大时，液膜表面波的发展会在相对较小的流程内完成流动区域的演变。摇摆状态下液膜流动不稳定性还会对液膜的浓度梯度产生较大影响。轻微摇摆时，液膜表面波区域主要为单色波区，拟正弦波区和孤波区。液膜的浓度梯度变大，促进了液膜的降膜吸收。而剧烈摇摆时，液膜表面波区域出现合并波区和脱落区，出现了液膜分离甚至脱离的情况，很大程度上恶化了降膜吸收，致使液膜的总体浓度梯度变小。摇摆状态下液膜雷诺数和舍伍德数也有所变化。相同摇摆幅度时，摇摆周期越小液膜雷诺数增长越快，说明液膜表面波动演变越快。雷诺数不大时，舍伍德数随雷诺数增大而增大。当雷诺数增大到一定程度，舍伍德数随着雷诺数的增大先增大而后减小。
作者：	赫明月
专业：	轮机工程
导师：	高洪涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文