氨水溶液熱力參數(shù)程序化研究

栗鵬飛

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

氨水吸收式制冷系統(tǒng)以低品位熱源(如廢水、廢氣、冷卻介質(zhì)等)作為主要的驅(qū)動(dòng)能源，具有節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。氨水吸收式系統(tǒng)的制冷溫度范圍大(-50～50℃)，既可作為冷凍系統(tǒng)，又可作為空調(diào)系統(tǒng)。由于節(jié)能減排政策的引導(dǎo)，氨水吸收式制冷系統(tǒng)越來越受到人們的重視。

氨水吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和仿真離不開氨水溶液的熱力參數(shù)，用查圖法獲得氨水溶液的熱力參數(shù)，具有誤差較大、速度慢的缺點(diǎn)[1]；W.F.Steochert，M.J.P.Bogart等人計(jì)算的氨水溶液熱力參數(shù)不夠精確；S.C.G.Schulz計(jì)算的氨水溶液熱力學(xué)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中誤差較小[2]。本研究重點(diǎn)研究了氨水溶液熱力參數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)及計(jì)算軟件的開發(fā)，以便快速精準(zhǔn)地計(jì)算出氨水熱力參數(shù)。

1 氨水溶液的狀態(tài)方程

1.1 S.C.G.Schult狀態(tài)方程

S.C.G.Schultz以Gibbs函數(shù)給出了氨水溶液的狀態(tài)方程[3-4]：

(1)純物質(zhì)的狀態(tài)方程：

液相為

(1)

(2)

氣相為

(3)

(4)

(2)混合物質(zhì)狀態(tài)方程：

液相為

(5)

(6)

氣相為

(7)

方程的各系數(shù)如表1、表2所示。

表1 舒爾茨方程系數(shù)

表2 超額定自由能方程系數(shù)

1.2 狀態(tài)參數(shù)表達(dá)

(8)

(9)

(3)兩相平衡時(shí)t，p，x的關(guān)系式：

(10)

(4)兩相平衡時(shí)t，p，y的關(guān)系式：

(11)

(5)純氨兩相平衡時(shí)t，p間的關(guān)系式：

(12)

(6)氨水溶液熵方程：

純物質(zhì)為

(13)

←[A3(π-π0)+2A4(π-π0)]

(14)

混合物為

(15)

(16)

將以上式子用VC++編成可隨時(shí)調(diào)用的函數(shù)，并將其做成動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)。

函數(shù)1：

(17)

函數(shù)2：

(18)

函數(shù)3：

(19)

函數(shù)4：

(20)

函數(shù)5：

(21)

函數(shù)6：

(22)

函數(shù)7：

(23)

2 氨水狀態(tài)參數(shù)程序化

采用牛頓弦截法對(duì)以上函數(shù)進(jìn)行求解，再將其做成動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)并編制軟件，該軟件可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行選擇性的輸入，進(jìn)而得出需要的結(jié)果。

2.1 模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際需要，該軟件共有七個(gè)查詢模塊，氨水溶液的濃度用x表示，氨水溶液飽和氣相點(diǎn)的濃度用y表示，氨水溶液的溫度用t表示，氨水溶液的壓力用p來表示，氨水溶液飽和液相點(diǎn)焓值用hx來表示，氨水溶液飽和氣相點(diǎn)焓值用hy來表示。

(1)已知t，x，求p，hx，y，hy。

f(t，x)→p，hx，y，hy

(24)

(2)已知t，p，求x，hx，y，hy。

f(t，p)→x，hx，y，hy

(25)

(3)已知p，t，x，求h。

f(p，t，x)→h

(26)

(4)已知p，x，求t，hx，y，hy。

f(p，x)→t，hx，y，hy

(27)

(5)已知p，t，h，求t。

f(p，t，h)→t

(28)

(6)已知p，x，求t。

f(p，x)→t

(29)

(7)已知t，x，求p。

f(t，x)→p

(30)

該軟件能夠根據(jù)用戶輸入的參數(shù)，快速計(jì)算出所求數(shù)值。

2.2 結(jié)果比較

應(yīng)用該軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)[5]進(jìn)行比較。由表3、表4可以看出，對(duì)于純氨而言，在-30℃～30℃內(nèi)，液相焓、熵值與文獻(xiàn)中的焓、熵值的相對(duì)誤差的最大值分別為0.03%、0.48%；氣相焓、熵值的相對(duì)誤差的最大值分別為0.06%、0.11%；氨水溶液的液相、氣相焓值與文獻(xiàn)中的焓值的相對(duì)誤差的最大值為4.3%、0.49%。

表3 純氨飽和狀態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

表4 氨水溶液狀態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

[1]廖健敏.氨水吸收式制冷GAX循環(huán)性能分析[D].南京：東南大學(xué)，2004：6-10.

[2]S.C.G.SCHULZ. Equations of state for the system ammonia-water for use with computers[J]. Progress in Refrigeration Science and Technology, 1973,VOL 2:431-436.

[3]李紅霞.遠(yuǎn)洋漁船余熱制冷系統(tǒng)仿真優(yōu)化[D].大連:大連海洋大學(xué),2014：11-18.

[4]劉慶偉.低溫余熱型氨水吸收式制冷HGAX循環(huán)性能研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2012：12-15.

[5]Sun D W. Thermodynamic design data and optimum design maps for absorption refrigeration systems[J].Applied Thermal Engineering.1997.17(3):211-221.