太阳能吸附式制冷吸附床的设计及数值模拟

摘要

近年来，环境保护的呼声越来越高，制冷机广泛采用的氯氟烃类制冷剂的逐步被禁用以及能源紧缺问题日趋严重。不采用氯氟烃类制冷剂而且能有效地利用低品位热源的绿色制冷技术吸附式制冷已经成为各国学者竞相研究的热点。目前吸附式制冷还基本处于理论研究阶段，只有少量产品投入市场，主要原因之一就是吸附床制冷性能与现有的制冷方式没有竞争力。吸附床是吸附制冷系统的核心部件，研究吸附床的传热性能对于整个吸附制冷系统性能有着至关重要的意义。 本文在参阅以前人研究的基础上，对吸附床的结构进行了优化，设计了一种新型吸附床结构，这种吸附床采用套管式结构，而且采用在吸附单元管内放置吸附剂，管外流通热媒介质进行换热的传热方式；并对所设计的吸附床结构建立了相应的数学模型；用MATLAB软件对所建立的模型进行动态仿真，并用MATLAB中的PDE Toolbox工具箱对偏微分方程中的参数进行模拟计算；得出了吸附床内温度在所选典型时刻的静态分布，研究单元内典型节点的温度和脱附速率的动态变化以及吸附床内平均压力的动态变化；从这几个方面综合分析了所设计吸附床结构的传热性能，得出了较好的结果。并用所设计的吸附床结构对系统制冷性能做了计算，而且考虑了吸附床金属热容比对系统制冷性能的影响。为吸附床的进一步优化设计提供了依据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1吸附式制冷研究背景简介

1.1.2吸附式制冷发展历程概述

1.2吸附式制冷研究现状概述

1.2.1吸附床传热的强化技术研究

1.2.2余热以及太阳能利用研究

1.2.3吸附式制冷产品研究

1.3本章的主要研究内容

第二章吸附式制冷的基本理论研究

2.1物理吸附和化学吸附的微观机理研究

2.2平衡吸附与非平衡吸附及吸附热与脱府热研究

2.3吸附剂内的扩散过程研究

2.4吸附理论及吸附率方程研究

2.5吸附式制冷循环研究

2.5.1基本吸附式制冷循环

2.5.2连续型吸附式制冷循环

2.6吸附工质对研究

2.6.1分子筛—水

2.6.2活性炭—甲醇

2.6.3活性炭—氨

2.6.4硅胶—水

2.6.5金属氢化物—氢

2.6.6金属氯化物—氨

2.6.7常用工质对的性能对比及讨论

2.7吸附式制冷的能量指标

2.8本章小结

第三章吸附床结构及相应的数学模型

3.1吸附床结构

3.2数学模型

3.2.1数学模型的简化

3.2.2数学模型的建立

3.3本章小结

第四章数学模型的求解

4.1方程的离散化及离散化方法

4.2网格的划分

4.3 MATLAB软件概述

4.3.1 MATLAB软件介绍

4.3.2 MATLAB Toolbox工具箱概述

4.4能量方程的离散及计算

4.5吸附床内某些时刻的静态温度分布及动态变化分析

4.6吸附床内脱府速率及平均压力的动态变化分析

4.7本章小结

第五章吸附床结构对制冷性能的影响研究

5.1两床系统过程的数学模型

5.2热力学计算流程及结果分析

5.2.1热力学计算流程

5.2.2计算结果分析

5.3吸附床结构中的金属热容比对制冷性能的影响分析

5.3.1计算程序框图

5.3.2模拟结果分析

5.4本章小结

第六章总结与发展前景分析

6.1总结

6.2前景展望及吸附制冷方式不足分析

6.2.1吸附式制冷的发展前景

6.2.2吸附式制冷的不足

参考文献

致 谢

作者在攻读硕士期间发表的论文