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(jìn)制冷系統(tǒng)的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化進(jìn)程一直以來(lái)是硅膠—水吸附式制冷研究的目標(biāo)。
　　本文研究集中在對(duì)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(shí)施方案的構(gòu)建、最優(yōu)回?zé)岱绞降难芯?、吸附式制冷系統(tǒng)的仿真計(jì)算、采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造以及試驗(yàn)驗(yàn)證。本文主要研究?jī)?nèi)容

2、包括了以下五個(gè)方面：
　?。?）根據(jù)夾點(diǎn)分析法只適用于穩(wěn)態(tài)分析的特點(diǎn)，先摒棄時(shí)間因素，建立了溫焓圖和問(wèn)題表，之后再加入時(shí)間因素進(jìn)行綜合分析，形成了吸附式制冷系統(tǒng)獨(dú)特的夾點(diǎn)分析法。對(duì)兩床連續(xù)式吸附式制冷系統(tǒng)進(jìn)行夾點(diǎn)分析法的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)夾點(diǎn)位置在熱物流線溫度最高處，同時(shí)回?zé)嶂饕性诮馕臀轿锪骶€之間的回?zé)?，?yōu)化后系統(tǒng)理論COP能達(dá)到3.48。對(duì)兩蒸發(fā)器式和兩級(jí)吸附式制冷系統(tǒng)分別進(jìn)行夾點(diǎn)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(shí)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(yuǎn)低于無(wú)時(shí)間因素限制的情況。要突破時(shí)間因素限制，必須要實(shí)現(xiàn)吸附床的“流體化”。而吸附床的“流體化”，需要對(duì)吸附床進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。
　?。?）通過(guò)現(xiàn)有的兩床回?zé)岱绞剑ㄑh(huán)、串聯(lián)和被動(dòng)回?zé)幔?shí)現(xiàn)原理的研究，得到不同回?zé)岱绞皆跇?gòu)建過(guò)程所采用的實(shí)施方案的優(yōu)缺點(diǎn)，初步優(yōu)化選取出串聯(lián)和被動(dòng)回?zé)岱绞?。接著選取一個(gè)簡(jiǎn)單的吸附床作為研究對(duì)象，并建立不同回?zé)岱绞?/p>

4、模擬的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值分析方法，得到串聯(lián)和被動(dòng)回?zé)岱绞降幕責(zé)嵝Ч?。結(jié)果表明串聯(lián)和被動(dòng)回?zé)岱绞降幕責(zé)釙r(shí)間約為管長(zhǎng)和流速的比值，即為最佳回?zé)釙r(shí)間的估算公式。同時(shí)被動(dòng)回?zé)岱绞酱嬖谟行У幕責(zé)釙r(shí)間范圍，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中不如串聯(lián)回?zé)岱绞娇煽俊?br>　?。?）對(duì)采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用可靠串聯(lián)回?zé)岷皖惢刭|(zhì)方式。首先對(duì)硅膠吸附劑的傳熱性能進(jìn)行測(cè)定，獲取更精確的設(shè)計(jì)參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)高效可靠緊湊低廉的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)

5、化和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)最核心部件——吸附床進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并通過(guò)高效的換熱設(shè)計(jì)，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(gè)獨(dú)立隔離的腔體結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提高。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的提高，蒸發(fā)器采用毛細(xì)作用輔助升膜蒸發(fā)的強(qiáng)化換熱設(shè)計(jì)。
　?。?）對(duì)采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機(jī)進(jìn)行仿真計(jì)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(lái)建立數(shù)學(xué)模型，并對(duì)作為儲(chǔ)液器

6、的蒸發(fā)器也進(jìn)行建模。模型求解采用的計(jì)算方法避免了初始值對(duì)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(shí)際情況。并通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果表明，在典型工況（熱水、冷卻水進(jìn)口溫度和冷水出口溫度分別為85℃、30℃和10℃）下，機(jī)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(jì)符合性能要求。
　　（5）研制了一臺(tái)采用模塊化吸附床的硅膠—水吸附式冷水機(jī)，并建立其性能測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)

7、果驗(yàn)證了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及仿真計(jì)算的可靠性與準(zhǔn)確性。并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，得到機(jī)組的運(yùn)行特性、系統(tǒng)最佳的制冷時(shí)間、回質(zhì)時(shí)間和回?zé)釙r(shí)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(jìn)口溫度和冷水出口溫度分別為85.5℃、29.5℃和11.1℃）下，機(jī)組制冷量、COP和SCP分別為42.8 kW、0.51和125.0 W·kg-1。當(dāng)冷水出口溫度上升到14.7℃時(shí)，機(jī)組制冷量、COP和SCP分別增大到52.0 kW、0.65和146.4