溶液吸收驱动下的二元冰真空制备特性研究

利用溶液吸收驱动二元冰真空制备是实现高效制冰的一种新途径，本研究拟从宏观和微观两方面，采用理论、模拟与实验相结合的手段，研究溶液吸收驱动下的闪发式蒸发制冰冰晶形成、传热传质问题与影响因素及所涉及的关键技术，得到其传热传质模型及动力学模型：（1）研究真空环境下二元冰的形成机理及影响因素；（2）溶液吸收水蒸气吸收迁移、真空保持的机理及影响条件；（3）溶液吸收驱动二元冰真空制备系统特性及能耗分析（4）系统吸收剂及添加剂的研究。利用液滴喷淋在真空制冰罐中闪蒸成冰，制冰罐内真空保持主要采用溶液吸收系统并结合真空泵间歇工作抽吸进入制冰罐内的少量不凝气体来保证，由于溶液再生可利用低品位能源，减少了能源消耗；由于系统利用水作为制冷剂，保护了环境。系统采用可同时强化溶液吸收和二元冰流动的添加剂，二元冰制备效率有望得到提高。项目研究成果将为二元冰技术的实用化奠定技术基础，对能源节约与环境保护有一定的社会效益。

利用溶液吸收驱动二元冰真空制备是实现高效制冰的一种新途径，研究采用理论、模拟与实验相结合的手段，建立了描述真空制取二元冰过程中静止水滴的传热传质模型，研究冰晶形成过程的结晶成核与生长现象及其影响因素；研究了闪蒸压力、水膜厚度、水膜初始温度对闪蒸过程的影响，结果表明：水膜初始温度一定，闪蒸压力越低，水膜温度变化越快；闪蒸压力一定，水膜初始温度越高，水膜温度变化越快；水膜厚度增加，水膜温度下降速度减小，得出水膜闪蒸热流密度的关联式；建立了水滴闪蒸、结冰动态下落过程的数学模型，其中包括水滴运动方程，全液相水滴的传质方程、质量守恒方程和换热方程，水滴结晶突变能量方程，固液两相水滴的传质方程、质量守恒方程和换热方程，全固相水滴的传质方程、质量守恒方程和换热方程。开展了二元冰真空制备动态特性的研究，探讨了压力、流量、蒸发温度等因素的影响；通过实验研究了添加剂对制备特性的影响，经过综合考虑选择了乙二醇溶液作为二元冰制备的添加剂。针对溶液吸收驱动维持真空环境制取二元冰进行了传热传质研究。搭建了溴化锂吸收式制取二元冰的试验台。吸收器是在整个系统中最重要的部件之一，其性能直接制约系统的整体结构和性能。通过分析溴化锂吸收式制取二元冰的吸收过程，建立了喷淋吸收过程的热力学模型，模型分析表明：不同大小液滴的中心浓度随吸收过程的进行浓度没有发生变化。对于边界浓度，边界浓度随吸收过程的进行，边界浓度与时间呈线性关系，并且半径越大，线性关系的斜率越大，浓度变化越明显。液滴半径越大，吸收初始时刻液滴中心的浓度与边界的浓度差越大，浓度越不平衡。随着吸收过程的进行，吸收浓度趋向于平衡，最终达到平衡浓度。通过溴化锂吸收式制取二元冰的试验台进行了实验研究，研究表明：降低闪蒸室内的压力，将获得较高的温降速率和较低的最终温度；供水流量的影响出现较为复杂的情况，即随着供水温度的升高，其温降速率先升高，再降低；溴化锂溶液循环流量越大，真空闪蒸室内的温降速率越大。项目研究成果将为二元冰技术的实用化奠定技术基础，对能源节约与环境保护有一定的社会效益。目前本项目已在国内外期刊或会议等发表研究论文20篇，申请专利8项，培养研究生12名。