采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式系統(tǒng)制冷性能研究及優(yōu)化.pdf

1、硅膠—水吸附式制冷是一種理想的節(jié)能環(huán)保的制冷方式。提高系統(tǒng)效率和可靠性、減小系統(tǒng)尺寸、降低系統(tǒng)制造成本并最終推進制冷系統(tǒng)的市場開發(fā)和產(chǎn)品化進程一直以來是硅膠—水吸附式制冷研究的目標。
　　本文研究集中在對采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式系統(tǒng)的制冷性能研究與優(yōu)化方面，包括換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的建立和實施方案的構(gòu)建、最優(yōu)回熱方式的研究、吸附式制冷系統(tǒng)的仿真計算、采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式系統(tǒng)的設(shè)計、制造以及試驗驗證。本文主要研究內(nèi)容

2、包括了以下五個方面：
　?。?）根據(jù)夾點分析法只適用于穩(wěn)態(tài)分析的特點，先摒棄時間因素，建立了溫焓圖和問題表，之后再加入時間因素進行綜合分析，形成了吸附式制冷系統(tǒng)獨特的夾點分析法。對兩床連續(xù)式吸附式制冷系統(tǒng)進行夾點分析法的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)夾點位置在熱物流線溫度最高處，同時回熱主要集中在解吸和吸附物流線之間的回熱，優(yōu)化后系統(tǒng)理論COP能達到3.48。對兩蒸發(fā)器式和兩級吸附式制冷系統(tǒng)分別進行夾點分析法優(yōu)化，優(yōu)化后的理論COP分別為3.07和0

3、.85。若考慮時間因素限制，兩床連續(xù)式和兩蒸發(fā)器式系統(tǒng)的COP分別變?yōu)?.20和1.13，遠低于無時間因素限制的情況。要突破時間因素限制，必須要實現(xiàn)吸附床的“流體化”。而吸附床的“流體化”，需要對吸附床進行模塊化設(shè)計。
　　（2）通過現(xiàn)有的兩床回熱方式（循環(huán)、串聯(lián)和被動回熱）實現(xiàn)原理的研究，得到不同回熱方式在構(gòu)建過程所采用的實施方案的優(yōu)缺點，初步優(yōu)化選取出串聯(lián)和被動回熱方式。接著選取一個簡單的吸附床作為研究對象，并建立不同回熱方式

4、模擬的數(shù)學模型，通過數(shù)值分析方法，得到串聯(lián)和被動回熱方式的回熱效果。結(jié)果表明串聯(lián)和被動回熱方式的回熱時間約為管長和流速的比值，即為最佳回熱時間的估算公式。同時被動回熱方式存在有效的回熱時間范圍，導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中不如串聯(lián)回熱方式可靠。
　?。?）對采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機進行設(shè)計，并采用可靠串聯(lián)回熱和類回質(zhì)方式。首先對硅膠吸附劑的傳熱性能進行測定，獲取更精確的設(shè)計參數(shù)。為了實現(xiàn)高效可靠緊湊低廉的設(shè)計要求，同時滿足標準

5、化和規(guī)?；a(chǎn)的要求，對吸附式制冷系統(tǒng)最核心部件——吸附床進行模塊化設(shè)計，并通過高效的換熱設(shè)計，形成高效傳熱傳質(zhì)的模塊化吸附床結(jié)構(gòu)形式。系統(tǒng)采用兩個獨立隔離的腔體結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提高。為了進一步實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提高，蒸發(fā)器采用毛細作用輔助升膜蒸發(fā)的強化換熱設(shè)計。
　?。?）對采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機進行仿真計算。系統(tǒng)的主要部件（吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器）采用間壁式換熱器三層換熱模型來建立數(shù)學模型，并對作為儲液器

6、的蒸發(fā)器也進行建模。模型求解采用的計算方法避免了初始值對系統(tǒng)性能的影響，讓仿真結(jié)果由系統(tǒng)本身特性和外界工況條件決定，使仿真更加符合實際情況。并通過對仿真結(jié)果表明，在典型工況（熱水、冷卻水進口溫度和冷水出口溫度分別為85℃、30℃和10℃）下，機組制冷量、COP和SCP分別為51 kW、0.53和149 W·kg-1，系統(tǒng)設(shè)計符合性能要求。
　?。?）研制了一臺采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機，并建立其性能測試系統(tǒng)。通過試驗結(jié)

7、果驗證了系統(tǒng)的設(shè)計以及仿真計算的可靠性與準確性。并通過對試驗結(jié)果的分析，得到機組的運行特性、系統(tǒng)最佳的制冷時間、回質(zhì)時間和回熱時間以及不同工況條件下系統(tǒng)性能。在典型工況（熱水、冷卻水進口溫度和冷水出口溫度分別為85.5℃、29.5℃和11.1℃）下，機組制冷量、COP和SCP分別為42.8 kW、0.51和125.0 W·kg-1。當冷水出口溫度上升到14.7℃時，機組制冷量、COP和SCP分別增大到52.0 kW、0.65和146.4