沸石分子筛/泡沫铝-水制冷系统动态性能模拟及实验研究

摘要

固体吸附剂一般都是粉末状或颗粒状的多孔介质材料，传热热阻大，直接用于吸附式制冷系统所需循环周期长，单位质量吸附剂的制冷功率低，从而限制了吸附式制冷技术的推广应用。
　　 本文所研究的沸石分子筛/泡沫铝复合吸附剂，由于在分子筛颗粒间复合了高导热性能的通孔泡沫铝，其等效热导率达到2.89W/(m·K)，是沸石分子筛颗粒堆积床的近30倍，而传质性能几乎不受影响。初步研究表明可大幅提高系统的制冷系数(COP)和单位质量吸附剂制冷功率(SCP)，是一种性能优良的复合吸附剂。
　　 首先根据沸石分子筛/泡沫铝复合吸附剂的制备原理设计了一套气压渗流装置，利用此装置制备了空心圆柱型的复合吸附剂样品并对其性能进行测试分析。以此样品为物理模型，建立了二维传热传质耦合的非平衡吸附模型，充分考虑了吸附床内轴向和径向的传热以及换热管内换热系数随温度的变化，计算结果更符合实际情况。以此模型为基础，分别采用复合吸附剂和沸石分子筛颗粒堆积床进行模拟计算，对比分析了两种吸附剂在相同工况下运行时温度和吸附量的动态分布。结果显示复合吸附剂能在短时间内得到充分的换热，传热性能较沸石分子筛颗粒堆积床有大幅提高，特别是径向的热传导性能，同时增大了系统的吸附容差。
　　 传热传质性能是影响吸附式制冷性能的主要因素之一，为了研究复合吸附剂在制冷性能上的改善，文中对以上两种吸附剂的制冷性能做了数值模拟分析。结果显示复合吸附剂能缩短循环周期，提高系统SCP，同时COP也比沸石分子筛颗粒大。另外，对采用复合吸附时制冷系统的设计做了分析，通过对吸附床长度、换热流体温度、流体速度、吸附层厚度以及循环周期等因素的对比研究，得出各因素对系统性能的影响规律，为今后系统设计打下基础。复合吸附剂SCP的提高，使吸附式制冷应用于汽车空调成为可能。通过对吸附式制冷系统在汽车复杂工况下的动态模拟和分析，提出了变循环周期的动态调节方法，为吸附式汽车空调的功率调节提出了切实可行的解决方案，使其在发动机运行状况改变时仍能输出稳定的制冷功率。
　　 在已有研究的基础上，设计了一台小型的两床连续循环吸附式制冷系统以及相应的测试和控制系统。采用此实验系统对复合吸附剂在运行中的动态传热性能进行实验研究，结果显示复合吸附剂的传热性能良好，并与数值计算结果进行对比分析，验证了本文所建数学模型的准确性和可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2吸附式制冷原理

1.3研究现状

1.4本文的研究内容

第2章沸石分子筛/泡沫铝的制备及传热传质动态特性

2.1复合吸附剂的制备

2.2结构形态和参数测试

2.3二维传热传质耦合的非平衡吸附模型的建立

2.3.1传质方程

2.3.2能量方程

2.3.3定解条件

2.3.4网格划分和数值离散方法

2.4传热传质性能计算结果和分析

2.4.1计算参数设定

2.4.2复合吸附剂传热传质性能动态计算及分析

2.5小结

第3章 沸石分子筛/泡沫铝复合吸附剂动态性能研究

3.1计算参数设定

3.2计算结果与分析

3.3小结

第4章复合吸附剂应用于汽车空调的动态特性

4.1固体吸附式制冷应用于汽车空调的研究概况

4.2吸附式汽车空调系统

4.3计算结果和分析

4.4结论

第5章 沸石分子筛/泡沫铝-水制冷系统设计及实验研究

5.1吸附式制冷系统的设计和加工

5.2实验测量和结果分析

5.3小结

第6章结论与展望

参考文献

在读期间发表学术论文与取得的研究成果

致谢