真空管吸附床内翅片强化传热传质的实验与数值模拟研究

发布时间：2020-09-07 11:35

　　太阳能吸附式制冷技术是一种环境友好型的能源技术,是一种能够代替氟利昂制冷剂的技术,能够有效缓解温室效应。但是由于其制冷系统的传热传质差和循环周期长等原因,太阳能吸附式制冷技术未能广泛应用。本文针对改善系统的传热传质性能和缩短循环周期进行了研究。首先为了改善吸附床传热传质性能差,对以SAPO-34沸石分子筛-水为工作对的内置翅片式吸附床太阳能吸附制冷装置在晴朗无云、无风、阳光充足的天气下进行了实验,研究了翅片数量m=2、4、6、8;翅片高度h=15mm;翅片厚度d=1mm时制冷系统的性能。该系统采用自动聚焦抛物槽装置,太阳能利用率较高。实验结果表明,随着翅片数量的增加,吸附过程中床内的温度上升变缓,吸附量增大,吸附过程结束后床内平均温度降低。预热过程中,随着翅片数的增加,预热时间变长,床内的平均温度达到大约100℃左右,压力大约为11500Pa左右。脱附过程中,床内的温度持续上升,而一旦与冷凝器接通,压力在骤降后会有缓慢上升的趋势。冷却过程中,床内的温度和压力都持续下降,翅片数愈多,冷却时间愈短。在制冷阶段,蒸发器内的温度持续下降,降幅与翅片数密切相关。总之,随着翅片数的增加,虽然系统在预热和脱附过程中所需的太阳能增加,但是系统的制冷量、COP以及SCP均变大,系统的循环周期变短。其次,本文运用软件FLUENT对以硅胶-水为工作对的翅片式吸附床的冷却过程进行了数值模拟,研究了翅片的尺寸参数对冷却时间的影响。模拟结果表明,添加翅片可以改善吸附床的性能,使吸附床内温度的下降速率变快,冷却时间缩短。还发现了翅片的厚度对于冷却时间基本没有影响,而随着翅片高度的增加,吸附床内达到平衡温度所需时间变短,温度下降速率变快,系统的冷却时间也随之减少。另一方面,虽然翅片的加入缩短了冷却时间,但是在冷却铜管上添加翅片会使吸附材料的填充量变少。为了保证系统的制冷量,需要对翅片的尺寸参数进行选择,优选得到翅片的最佳尺寸参数为:数量m=4,高度h=20mm,厚度d=1mm,此时系统的冷却时间为2100s。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB611
【部分图文】：

吸附式制冷,吸附床,吸附过程

图 1-2 吸附式制冷循环的分类Fig.1-2 The classification of adsorption refrigeration cycle型制冷循环只有解吸和吸附过程，是吸附制冷最基本数 COP 非常小，大多数都低于 0.4，不能满足人类所需人们开始研究可以连续制冷的吸附式制冷循环系统。连型制冷循环的 COP 高，循环周期短，但是仍然不能充了回热回质循环、复叠循环、多级循环、热波循环等多的基本原理是用吸附过程中一台吸附床释放的显热和的另一台吸附床进行加热。回质循环的基本原理是接通和刚结束吸附过程的另一个吸附床，由于刚结束解吸过刚结束吸附过程的吸附床，所以刚结束解吸过程的吸附刚结束吸附过程的吸附床，刚结束吸附过程的吸附床会高吸附床的解吸量，从而提高系统的制冷量。李金平

扩展表面,吸附床

热循环具有更高的 COP；在所研究条件下，对于热波循环添加回质过程对于循环的 COP 影响不大；此外，热波循环的 COP 随着最大床温和蒸发温度的增加而增大，随着最小床温和冷凝温度的增加而减小，并且与单级循环和双床回热循环相比，吸附床质量的变化对热波循环的 COP 影响最小。Grzebielec[45]搭建了一个以活性炭-甲醇为工作对，由两个圆柱形吸附器、冷凝器、蒸发、油加热器和两个油冷却器组成的热波吸附式制冷设备，测试得到该设备的 COP 为 0.13。1.2.4 吸附床传热强化技术对于吸附式制冷系统来说，吸附床的性能会直接影响系统的制冷性能，因此许多学者对于强化吸附床的传热传质进行了大量研究，主要是对吸附床进行结构的优化和改善吸附介质的性能，有以下几种方法。（1）增加吸附床的热交换面积增加吸附床的热交换面积是强化吸附床传热的最有效的方式，主要类型有板翅式、螺旋板式和针刺板式吸附床等，如图 1-3 所示。

结构图,吸附床,热管,结构图

利用热管技术附床热阻小，具有很好的导热性，由于热管内的蒸汽处于饱段流向冷凝段的温降很小，所以热管具有优良的等温性，热统的循环周期，提高制冷效率，热管吸附床如图 1-4 所示。究和模拟计算探讨了太阳能驱动的热管吸附床的性能，热管更加均匀，循环时间缩短，制冷效率和循环吸附量有所提高用于渔船的热管式制冰机，该制冰机以氨为制冷剂，活性剂。结果表明：该制冰机在蒸发温度为 15℃时的制冷功率为W/kg，COP 为 0.404。潘新祥等[52]将以氯化钙-氨为工作对的壳管吸附床进行了性能对比。结果表明：热管吸附床提高系统的 COP、SCP。Sang 等[53]对热管在吸附式制冷机的应表明：单层热管式吸附床的 COP 和 SCP 分别是 0.231 和 84翅片管式吸附床的系统性能值；七层热管式吸附床的 COP 752.4W/kg，比翅片管式吸附床的 COP 和 SCP 分别高出

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