气固反应热变温器热力学性能分析及实验研究

摘要

气固反应热变温器可以有效地提高低品位热源的温度，实现太阳能等新能源的开发利用和工业余热的再利用，对于解决能源供求矛盾意义重大。其利用可逆气固合成、分解反应压力不同时对应的不同反应温度来实现低品位热能向高品位热能的转换。与其它热变温系统相比，气固反应热变温器具有储热容量大，工作温区广，反应物和反应产物储存时间长，热损失小等优点。此外，系统所使用的气固反应天然工质对环境无污染。但目前气固反应热变温器还存在着诸如化学反应机理尚不清晰，系统安全要求高，工作效率较低，初期投资大等急需解决的理论和实际问题。这些问题限制了气固反应热变温器在工程上的进一步应用。 本文围绕气固反应热变温器，分析了各一级、二级循环的热力学性能，得到了不同系统设计要求下最合适的系统；通过搭建的小型实验台，测量了不同输入热源温度下小型气固反应热变温器的温升特性，计算了单位质量吸附剂的供热功率，从而验证了气固反应热变温器的可行性，并对不同充注状态对系统性能的影响进行了简单的探讨；通过对气固反应腔的物理建模，结合能量平衡方程、气固反应速率方程、反应平衡等式、理想气体状态方程等，数值模拟了反应腔内部的温度变化，模拟结果与实验符合得比较好；通过对一级气固反应热变温器不可逆准四热源模型的火用 —经济性分析，得到了影响火用 —经济性能的因素，计算了包含火用 —经济目标函数在内的一些重要参数的优化边界以确定优化运行区域，从而为大型系统样机的建立奠定了理论和实验的基础。