太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷机的理论研究

摘要

太阳能是一种可持续利用、既清洁又到处都有的能源，太阳能制冷因热量的供给和冷量的需求在季节和数量上的高度匹配而受到普遍的重视。吸附制冷所具有的与环境协调和节能等特性，使其成为传统的压缩式制冷最有前途的替代技术之一，在低品位能源利用和环境保护方面有着显著的优势，并受到国内外科技工作者的关注。 本文对以活性炭纤维－乙醇为工质对的太阳能固体吸附式转轮制冷系统进行了初步研究。考虑到在目前已知的太阳能固体吸附式制冷系统中，选用活性炭纤维－乙醇作为工质对的系统具有相对较多的工程应用优点，因此从实用化的角度出发，设计了一套活性炭纤维－乙醇为工质对的太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷系统，并建立了转轮吸附床圆柱结构的数学模型。吸附床的数学模拟采用沿吸附床周向的一维均匀压力场模型。用ANSYS对所建模型进行网格划分，并对转轮吸附床温度场进行了静态模拟，其结果表明，系统最高COP值可达0.126，单位质量制冷量为5.788KW。 利用所建立的数学模型，针对所研究的活性炭纤维－乙醇太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷系统，从吸附床的内部特性参数及外部特性参数出发，较为全面而系统地分析了这些参数的改变对系统性能(COP)、平衡脱附率以及吸附量的影响。 结果表明：在转轮吸附床的内部参数中，转轮吸附床的转速、吸附剂的填充密度对系统的性能有着较大的影响；在外部参数中，冷却气体入口流速、蒸发温度对系统影响较大。这为以后转轮吸附器的进一步设计与优化起到了积极的指导作用。同时，本文为吸附式制冷的深入研究提供了基础数据和理论依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1研究背景

1.2太阳能制冷的研究展望

1.2.1概述

1.2.2太阳能制冷的发展前景

1.3固体吸附式制冷的研究进展

1.3.1发展历程

1.3.2固体吸附制冷基本循环原理

1.3.3吸附方程

1.3.4吸附工质对

1.3.5吸附床传热传质的强化技术

1.3.6高效吸附制冷循环

1.4本论文研究的意义及主要内容

1.4.1研究的意义

1.4.2本文的主要任务

第二章太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷系统及工作原理

2.1吸附工质对的选择

2.1.1活性炭体系

2.1.2沸石体系

2.1.3硅胶体系

2.1.4氯化钙

2.1.5复合吸附剂

2.2活性炭纤维—乙醇工质对吸附制冷技术的理论分析

2.3固体吸附的理论模型

2.3.1吸附理论模型的概况和分类

2.3.2吸附势能模型

2.4基本吸附制冷循环的热力学计算

2.4.1吸附热和脱附热

2.4.2基本型吸附式制冷循环热力计算与分析

2.5太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷系统工作原理

2.5.1转轮吸附床的结构原理

2.5.2转轮吸附床的工作原理

2.5.3转轮吸附床的热力计算分析

第三章转轮吸附床的理论数学模型及求解

3.1概述

3.2吸附床内传热传质分析

3.3吸附床传热传质的数值研究

3.3.1均匀温度场模型

3.3.2均匀压力场模型

3.3.3非均匀温度场和压力场模型

3.4转轮式吸附床数学模型的建立

3.4.1模型的假设

3.4.2控制方程的建立

3.5模型的求解及结果

第四章太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷系统的性能分析及优化

4.1概述

4.2内部特性对系统性能影响分析

4.2.1转轮转速对系统性能的影响

4.2.2吸附剂的厚度对系统的影响

4.2.3吸附剂导热系数对系统性能的影响

4.2.4吸附剂的堆积密度对系统性能的影响

4.3外部特性性能影响分析

4.3.1系统随冷凝温度变化的性能特性分析

4.3.2系统随蒸发温度变化的性能特性分析

4.3.3系统随制冷剂气流入口速度的性能特性分析

第五章研究总结与展望

5.1对本论文研究工作的总结

5.2本论文的创新性工作

5.3对太阳能驱动的固体吸附式转轮制冷机的进一步展望

主要参考文献

致谢

作者在攻读学位期间发表的学术论文