氨水溶液热力参数程序化研究

栗鹏飞

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

氨水吸收式制冷系统以低品位热源(如废水、废气、冷却介质等)作为主要的驱动能源，具有节能减排、保护环境的优点。氨水吸收式系统的制冷温度范围大(-50～50℃)，既可作为冷冻系统，又可作为空调系统。由于节能减排政策的引导，氨水吸收式制冷系统越来越受到人们的重视。

氨水吸收式制冷系统的优化和仿真离不开氨水溶液的热力参数，用查图法获得氨水溶液的热力参数，具有误差较大、速度慢的缺点[1]；W.F.Steochert，M.J.P.Bogart等人计算的氨水溶液热力参数不够精确；S.C.G.Schulz计算的氨水溶液热力学参数在实际应用中误差较小[2]。本研究重点研究了氨水溶液热力参数表达式的推导及计算软件的开发，以便快速精准地计算出氨水热力参数。

1 氨水溶液的状态方程

1.1 S.C.G.Schult状态方程

S.C.G.Schultz以Gibbs函数给出了氨水溶液的状态方程[3-4]：

(1)纯物质的状态方程：

液相为

(1)

(2)

气相为

(3)

(4)

(2)混合物质状态方程：

液相为

(5)

(6)

气相为

(7)

方程的各系数如表1、表2所示。

表1 舒尔茨方程系数

表2 超额定自由能方程系数

1.2 状态参数表达

(8)

(9)

(3)两相平衡时t，p，x的关系式：

(10)

(4)两相平衡时t，p，y的关系式：

(11)

(5)纯氨两相平衡时t，p间的关系式：

(12)

(6)氨水溶液熵方程：

纯物质为

(13)

←[A3(π-π0)+2A4(π-π0)]

(14)

混合物为

(15)

(16)

将以上式子用VC++编成可随时调用的函数，并将其做成动态链接库(DLL)。

函数1：

(17)

函数2：

(18)

函数3：

(19)

函数4：

(20)

函数5：

(21)

函数6：

(22)

函数7：

(23)

2 氨水状态参数程序化

采用牛顿弦截法对以上函数进行求解，再将其做成动态链接库(DLL)并编制软件，该软件可以根据用户需求进行选择性的输入，进而得出需要的结果。

2.1 模块设计

根据实际需要，该软件共有七个查询模块，氨水溶液的浓度用x表示，氨水溶液饱和气相点的浓度用y表示，氨水溶液的温度用t表示，氨水溶液的压力用p来表示，氨水溶液饱和液相点焓值用hx来表示，氨水溶液饱和气相点焓值用hy来表示。

(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)

该软件能够根据用户输入的参数，快速计算出所求数值。

2.2 结果比较

应用该软件进行计算，计算结果与参考文献中的数据[5]进行比较。由表3、表4可以看出，对于纯氨而言，在-30℃～30℃内，液相焓、熵值与文献中的焓、熵值的相对误差的最大值分别为0.03%、0.48%；气相焓、熵值的相对误差的最大值分别为0.06%、0.11%；氨水溶液的液相、气相焓值与文献中的焓值的相对误差的最大值为4.3%、0.49%。

表3 纯氨饱和状态参数计算结果

表4 氨水溶液状态参数计算结果

[1]廖健敏.氨水吸收式制冷GAX循环性能分析[D].南京：东南大学，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]李红霞.远洋渔船余热制冷系统仿真优化[D].大连:大连海洋大学,2014：11-18.

[4]刘庆伟.低温余热型氨水吸收式制冷HGAX循环性能研究[D].大连:大连理工大学，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.