復合吸附劑單管吸附床制冷系統(tǒng)的數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、吸附制冷作為一種可以利用低品位能源的制冷方式，使用綠色環(huán)保的制冷劑，系統(tǒng)具有較好的抗震動性及運行穩(wěn)定性，經過幾十年的發(fā)展得到了越來越多的重視。目前吸附理論與實際應用還存在著一定的距離，現(xiàn)階段的研究重點在于縮短循環(huán)周期、提高單位質量吸附劑的制冷量及系統(tǒng)能效比等，通過對吸附床工作過程進行數(shù)值模擬，能直接反應出吸附床在各個不同工況下的傳熱傳質特征，為優(yōu)化和設計提供理論依據(jù)。
　　本文在分析吸附床數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀的基礎上，歸納了常用的反應

2、動力學模型，針對改善化學吸附反應動力學模型的實際應用性和吸附床優(yōu)化設計開展研究，以氯化鈣/膨脹石墨復合吸附劑填充的單管吸附制冷系統(tǒng)為研究對象，建立了單管吸附床制冷系統(tǒng)的物理模型及數(shù)學模型，運用MATLAB軟件進行數(shù)值模擬分析，得出一些對實際工程應用及優(yōu)化設計有指導意義的規(guī)律，并總結出優(yōu)化設計的具體方法。
　　基于吸附反應動力學模型，同時考慮吸附劑的孔隙率、熱導率等參數(shù)的實際變化，建立了單管吸附床的數(shù)學模型。通過對不同工況下單管吸附

3、床吸附過程數(shù)值模擬，得到吸附床內溫度、壓力、吸附量、SCP等參數(shù)的變化規(guī)律。吸附床直徑越長吸附反應時間增幅越大;蒸發(fā)壓力越大、冷卻溫度越低吸附床完成吸附的反應時間越短;在相同的冷卻溫度下蒸發(fā)壓力越高吸附床內最高平均溫度越高，但最后都會趨于冷卻溫度;吸附反應過程中吸附床內壓力變化不明顯，在很小的范圍內波動;提高蒸發(fā)壓力、降低冷卻溫度以及較小的吸附劑直徑，可以提高吸附床的SCP。
　　通過對單管吸附床開展解吸過程的研究，擬合得出了解吸

4、過程的反應動力學參數(shù)，給出了氯化鈣/膨脹石墨復合吸附劑解吸的反應動力學模型。針對所設計的單管吸附床制冷系統(tǒng)，模擬不同工況下COP變化情況。隨著冷凝溫度的上升，系統(tǒng)COP隨之下降，但受冷凝溫度的影響很小;隨著吸附冷卻溫度的上升，系統(tǒng)COP隨之增大;隨著熱源溫度的上升，系統(tǒng)COP先增大后減小;隨著吸附床直徑的增大，系統(tǒng)COP先增大后減小。分析了金屬耗熱量占總耗熱量比例在不同條件下的變化規(guī)律，隨著吸附冷卻溫度上升，金屬耗熱量比例隨之減小;隨著

5、熱源溫度上升，金屬耗熱量比例呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。同時給出了金屬耗熱量比例影響系統(tǒng)COP變化的原因，對吸附床及系統(tǒng)設計都有一定的指導意義。
　　針對評價吸附制冷系統(tǒng)性能的兩個重要指標SCP和COP，分析了其無法同時提高的原因，建立了多目標優(yōu)化函數(shù)，針對不同的吸附床設計要求，通過權重系數(shù)的變化進而改變目標函數(shù)，獲得了給定工況下最優(yōu)化的吸附床尺寸。在此基礎上本文給出了在給定設計工況下系統(tǒng)COP隨吸附床直徑的變化曲線函數(shù)，及權重系數(shù)分