复合吸附剂单管吸附床制冷系统的数值模拟及优化

发布时间：2019-11-27 03:56

【摘要】：吸附制冷作为一种可以利用低品位能源的制冷方式,使用绿色环保的制冷剂,系统具有较好的抗震动性及运行稳定性,经过几十年的发展得到了越来越多的重视。目前吸附理论与实际应用还存在着一定的距离,现阶段的研究重点在于缩短循环周期、提高单位质量吸附剂的制冷量及系统能效比等,通过对吸附床工作过程进行数值模拟,能直接反应出吸附床在各个不同工况下的传热传质特征,为优化和设计提供理论依据。本文在分析吸附床数值模拟研究现状的基础上,归纳了常用的反应动力学模型,针对改善化学吸附反应动力学模型的实际应用性和吸附床优化设计开展研究,以氯化钙/膨胀石墨复合吸附剂填充的单管吸附制冷系统为研究对象,建立了单管吸附床制冷系统的物理模型及数学模型,运用MATLAB软件进行数值模拟分析,得出一些对实际工程应用及优化设计有指导意义的规律,并总结出优化设计的具体方法。基于吸附反应动力学模型,同时考虑吸附剂的孔隙率、热导率等参数的实际变化,建立了单管吸附床的数学模型。通过对不同工况下单管吸附床吸附过程数值模拟,得到吸附床内温度、压力、吸附量、SCP等参数的变化规律。吸附床直径越长吸附反应时间增幅越大;蒸发压力越大、冷却温度越低吸附床完成吸附的反应时间越短;在相同的冷却温度下蒸发压力越高吸附床内最高平均温度越高,但最后都会趋于冷却温度;吸附反应过程中吸附床内压力变化不明显,在很小的范围内波动;提高蒸发压力、降低冷却温度以及较小的吸附剂直径,可以提高吸附床的SCP。通过对单管吸附床开展解吸过程的研究,拟合得出了解吸过程的反应动力学参数,给出了氯化钙/膨胀石墨复合吸附剂解吸的反应动力学模型。针对所设计的单管吸附床制冷系统,模拟不同工况下COP变化情况。随着冷凝温度的上升,系统COP随之下降,但受冷凝温度的影响很小;随着吸附冷却温度的上升,系统COP随之增大;随着热源温度的上升,系统COP先增大后减小;随着吸附床直径的增大,系统COP先增大后减小。分析了金属耗热量占总耗热量比例在不同条件下的变化规律,随着吸附冷却温度上升,金属耗热量比例随之减小;随着热源温度上升,金属耗热量比例呈现先减小后增大的趋势。同时给出了金属耗热量比例影响系统COP变化的原因,对吸附床及系统设计都有一定的指导意义。针对评价吸附制冷系统性能的两个重要指标SCP和COP,分析了其无法同时提高的原因,建立了多目标优化函数,针对不同的吸附床设计要求,通过权重系数的变化进而改变目标函数,获得了给定工况下最优化的吸附床尺寸。在此基础上本文给出了在给定设计工况下系统COP随吸附床直径的变化曲线函数,及权重系数分别为0.2、0.5、0.8时系统最优时对应的吸附床尺寸、SCP以及COP值。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB657

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本文编号：2566445