太阳能吸附制冷材料性能及吸附床温度分布实验研究

发布时间：2017-09-30 19:03

  本文关键词：太阳能吸附制冷材料性能及吸附床温度分布实验研究

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【摘要】：用太阳能驱动夏季空调系统来减少电能消耗,是人们长期以来追求的目标。太阳能固体吸附式制冷技术由于利用太阳能而减少了对传统能源的使用,通过使用环境友好型制冷剂避免了对环境的破坏,作为一种低品位热能驱动的绿色制冷技术,吸附式制冷技术成为近年来的研究热点。在吸附制冷系统中,吸附床是核心,其性能取决于吸附工质对的吸附脱附性能以及吸附床的结构。目前对各种材料的吸附脱附特性研究多是从微观角度进行的,由于吸附床中需装入大量的吸附材料,其吸附性能受诸如堆积方式,强化传热手段及集热器型式等多种因素影响,因此吸附材料在实际吸附式制冷系统中所表现出的吸附性能与其在微量时的吸附性能差异甚大。本文从吸附材料的宏观特性角度出发,对ZSM-5、13X、5A等多种沸石分子筛和变色硅胶在可控温湿环境中对水蒸气的吸附特性进行研究,并利用可控温真空脱附系统对其宏观脱附能力进行探索。针对真空管集热器高集热率低散热率的特点,本文开发了一种内置铜管作为冷却通道的玻璃真空管吸附床,对其在太阳照射下的床温变化规律进行实验研究。此外,还对不同季节不同地域的日照时长进行了理论分析。吸附实验的研究结果表明,吸附材料的吸附速度随相对湿度和温度的增加而增加。5A-II、13X-II、13X-I、5A-I具有较快的动态吸附能力,变色硅胶、5A-Ⅱ、13X-Ⅱ具有较大的平衡吸附量。变色硅胶吸附等温线呈类似指数上升,孔径分布较宽,具有较大比率的微孔。相比之下,ZSM-5沸石和5A-Ⅰ沸石具有更适用于吸附制冷系统的S型吸附等温线,它们的孔道结构以介孔为主。简化的D-A方程可以较好的预测变色硅胶的吸附等温线,由该方程拟合参数推断的硅胶孔道结构与微观测试结果相符合。吸附材料的脱附速度及平衡脱附百分比均随温度和真空度的增大而增大,但温度影响更明显。对于内置铜管作为冷却通道的玻璃真空管吸附床,完成了在太阳照射下温度变化的实验,发现其温升相对于太阳辐照存在时间延迟,延迟时间长短由天气状况决定。吸附床最高温度随辐照热量增加而增加,放置方式对其影响不大。在径向,吸附床内测点温度随与冷却铜管的距离减小而降低;在轴向,随与铜管端部距离减小而降低。最后,本文提出的日照时长计算方法能够比较准确地预测不同地区在不同季节的日照时长,并可以合理解释南北两极的极昼和极夜现象。
【关键词】：太阳能 吸附制冷 吸附床 吸附速率 脱附速率
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB64;TK519
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 物理量名称及符号表8-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 吸附工质对12-16
• 1.2.2 吸附剂性能测试方法16-17
• 1.2.3 吸附床17-19
• 1.3 本课题的研究目的与研究内容19-21
• 第2章 材料性能的实验系统与实验方法21-29
• 2.1 实验材料和实验仪器21-22
• 2.1.1 实验吸附材料21-22
• 2.1.2 主要实验仪器22
• 2.2 材料的微观结构表征22
• 2.3 吸附实验系统22-24
• 2.3.1 系统构成22-23
• 2.3.2 实验方法23-24
• 2.4 脱附实验系统24-27
• 2.4.1 系统构成24-26
• 2.4.2 实验方法26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 吸附材料的动态吸附特性29-37
• 3.1 温度与相对湿度对动态吸附特性的影响29-32
• 3.2 不同材料对压力变化的敏感性比较分析32-33
• 3.3 动态吸附曲线33-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 吸附材料的平衡吸附特性37-45
• 4.1 未饱和渐近吸附量37-39
• 4.2 吸附等温线与极限吸附量39-42
• 4.3 变色硅胶吸附量的理论预测42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 吸附材料的脱附特性45-51
• 5.1 干燥箱温湿度性能检验45-46
• 5.2 温度对材料脱附性能的影响46-48
• 5.3 真空度对材料脱附性能的影响48-49
• 5.4 不同材料脱附性能对比49
• 5.5 本章小结49-51
• 第6章 真空管吸附床受太阳照射下床温变化实验51-63
• 6.1 吸附制冷原理51-52
• 6.2 真空管吸附床实验系统52-54
• 6.2.1 系统构成52-53
• 6.2.2 实验工况设计53-54
• 6.3 太阳辐照强度监测以及日总辐照热量计算54-55
• 6.4 吸附床温度与日总辐照热量的关联性55-58
• 6.4.1 最高温度的关联性55-57
• 6.4.2 平均温度的关联性57-58
• 6.5 吸附床轴向温度的分布58-60
• 6.6 吸附床温升的时间延迟问题60
• 6.7 本章小结60-63
• 第7章 关于日照时长的理论分析63-71
• 7.1 日照时长的分析模型63-66
• 7.1.1 分析前的假设条件63
• 7.1.2 日照时长理论计算模型63-66
• 7.2 日照时长公式的应用66-70
• 7.2.1 不同纬度处冬至日和夏至日的白天时长计算66-68
• 7.2.2 冬季和夏季我国从南到北日照时长的变化规律68-69
• 7.2.3 北京地区不同季节日照时长理论值与实际值对比69-70
• 7.3 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文79-81
• 致谢81

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本文编号：949858