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摘 要

本文以溴化锂吸收式制冷机组工作原理和工质的相关物性参数为基础，从能量守恒、质量守恒和相平衡的角度对机组进行模块化建模，并根据各模块输入输出参数之间的关系将各模块进行连接，建立起溴化锂吸收式制冷机组额定工况下和变工况下的静态模型，并通过MATLAB/Simulink平台进行仿真。根据㶲平衡关系，对机组各部件及机组整体建立㶲分析模型，基于仿真数据和㶲分析模型，以㶲损失和㶲效率为评价指标对机组各部件及整体进行㶲经济性分析，发现系统不可逆损失的主要来源为吸收器、低温热交换器和冷凝器，为机组的优化提供了方向；并通过改变驱动蒸汽质量流量和冷却水入口温度，研究外部参数变化对机组性能的影响，结果表明机组的㶲损失和㶲效率随蒸汽质量流量的减少而减小，随冷却水入口温度的增大而减小，为寻找机组的高效运行条件提供指导。最后将溴化锂吸收式制冷系统与区域能源系统结合，建立起相应的㶲分析模型，确定了供冷系统㶲效率和㶲损失的计算公式，为区域能源系统中供冷方式的选择提供参考。

关键词：溴化锂吸收式制冷，静态模型，㶲分析，区域能源系统

Abstract

Based on the working principle of the lithium bromide absorption chiller and the related physics parameters of the work mass, from the point of energy conservation, mass conservation and phase equilibrium, all main parts of the chiller are modeled with module modeling method. Based on that, according to the relationship between the input and output parameters of each module, static models of LiBr absorption chiller under rated and variable operations are established. And the models are simulated by MATLAB/Simulink platform. Based on the exergy balance, the exergy analysis models for all components and the chiller are introduced. On the basis of the exergy analysis models and simulation data, exergy loss and exergy efficiency of all components and chiller are calculated to evaluate the economy of the system, and found out that the main sources of irreversible loss are absorber, low temperature heat exchanger and condenser. By changing the external parameters, the influence of environmental changes on the performance of the unit was studied, and found out that the exergy loss and exergy efficiency of the chiller decrease with the decrease of steam mass flow rate, and decrease with the increase of inlet temperature of cooling water, the conclusion can provide targets and directions for the improvement the chiller. Finally, the lithium bromide absorption refrigeration system and the district energy system are combined, and the corresponding exergy analysis model is set up to find out the formula of the exergy efficiency and exergy loss of the cooling system, which can provide reference for the selection of cooling mode in the district energy system.

KEY WORDS: lithium bromide absorption refrigeration system, static model, exergy analysis, district energy system

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与选题意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第二章 溴化锂吸收式制冷机组静态建模 5

2.1 吸收式制冷系统工作原理 5

2.2 双效水—溴化锂吸收式制冷系统工作流程 5

2.3 水和水蒸气相关物性参数的确定 7

2.3.1 水的饱和蒸汽压 7

2.3.2 水的焓 7

2.3.3 水的熵 9

2.4 溴化锂水溶液物性参数的确定 11

2.4.1 溴化锂水溶液蒸汽压 11

2.4.2 溴化锂水溶液的焓 11

2.4.3 溴化锂水溶液浓度 12

2.4.4 溴化锂水溶液的熵 12

2.4.5 溴化锂水溶液的密度 13

2.5 双效水—溴化锂吸收式制冷机组静态数学模型 13

2.5.1 模型假设 13

2.5.2 静态模型建立 14

2.6 双效水—溴化锂吸收式制冷机组Simulink模型仿真 17

2.6.1 额定工况下Simulink仿真模型 18

2.6.2 模型求解过程 22

2.6.3 Simulink仿真运行结果 22

2.7 本章小结 24

第三章 溴化锂吸收式制冷机组㶲分析 25

3.1 㶲 25

3.1.1 能量和㶲 25

3.1.2 㶲损失和㶲平衡方程式 26

3.1.3 㶲效率 26

3.2 双效水-溴化锂吸收式制冷系统的㶲分析模型 27

3.2.1 模型假设 27

3.2.2 各部件的㶲分析模型 27

3.2.3 双效水-溴化锂吸收式制冷机组的㶲分析模型 32

3.3 溴化锂吸收式制冷机组㶲分析结果 33

3.3.1 双效水—溴化锂吸收式制冷机组各状态点参数计算结果 33

3.3.2 双效水—溴化锂吸收式制冷机组㶲分析结果 34

3.4 本章小结 35

第四章 外部条件对溴化锂吸收式制冷机组性能影响 36

4.1 双效水—溴化锂吸收式制冷机组变工况数学模型 36

4.1.1 模型假设 36

4.1.2 变工况下Simulink仿真模型 36

4.1.3 模型验证 41

4.2 驱动蒸气流量变化对机组的㶲经济性影响 42

4.3 冷却水温度变化机组的㶲经济性影响 43

4.4 本章小结 44

第五章 区域能源系统中的溴化锂吸收式制冷系统㶲经济性分析 45

5.1 区域能源系统与吸收式制冷 45

5.2 区域能源系统中双效溴化锂吸收式制冷系统㶲分析模型 45

5.2.1 模型假设 46

5.2.2 㶲分析模型 46

5.3 区域能源系统中双效溴化锂吸收式制冷系统㶲分析结果 47

5.4 本章小结 48

第六章 结束语 49

6.1 论文工作总结 49

6.2 展望 49

致谢 50

参考文献 51

绪论

研究背景与选题意义

能源对于人类社会来说是生存和发展的基石，特别是工业革命以来，煤炭、石油、天然气等化石燃料的利用得到了飞速发展，逐渐形成了以“规模效益”为前提，以大机组、大电厂、大电网为代表的第一代集中供应能源系统，其能量利用率低且会产生大量的余热和环境问题。为了减少对环境的污染，更加高效的利用能源，世界各国都在大力开展并积极支持新型能源供应系统的建设。2013年，联合国环境规划署启动了一项以全球低碳城市为对象的调查研究，以确定能够促成这些城市成功提高能源效率和促进可再生能源普及应用、实现零排放或温室气体排放目标的关键因素。区域能源系统作为一种成本适宜和低碳的本地最佳能源选择脱颖而出^[1]。

区域能源系统通过热电联产厂、储热、热泵和分布式能源等技术和方法实现为用户供电、供热和供冷，有助于人类社会实现向脱离化石燃料利用的转型，在减少一次能源消耗和温室气体排放方面发挥着积极作用，并可实现能量的梯级利用，满足用户不同种类的需求，同时可以将污染分散在各用户端，并有机会实现部分污染的资源化，是新一代能源供应系统重要的发展方向，代表着城市向气候弹性、资源高效利用和低碳的未来转型的重要机会。自生态文明成为我国未来可持续发展的重要目标以来，政府和人民非常重视节能减排和环境保护工作的开展，而且我国一直在加速推进城市化进程，人口密度大且人口相对集中，又有着利用潜力巨大的电厂和工业余热，区域能源系统在我国有着非常广阔的发展前景。

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