基于吸附式技術(shù)的制冷系統(tǒng)的分析與研究

摘 要:隨著科技不斷的進(jìn)步，制冷系統(tǒng)在現(xiàn)今人類社會(huì)中占有相當(dāng)重要的地位。但隨著蒸氣壓縮式制冷機(jī)組的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致衍生出來的臭氧層破壞及溫室效應(yīng)等問題。本論文利用吸附配對(duì)來建立一套固體吸附制冷系統(tǒng)，利用計(jì)算離散系統(tǒng)建立數(shù)值模型，并針對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

關(guān)鍵詞:吸附式技術(shù)制冷系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TB6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(c)-0035-01

1引言

固體吸附式系統(tǒng)之構(gòu)想在1848年由Faraday提出，但由于制冷效率不佳應(yīng)此鮮少有商業(yè)化的系統(tǒng)設(shè)備，直至近代結(jié)合太陽能系統(tǒng)可同時(shí)提供制冷與熱水，才吸引了許多研究工作者的廣泛注意，但依舊存在著成本與效率等問題須改善。吸附效率主要取決于吸附床之設(shè)計(jì)構(gòu)造與吸附劑配對(duì)等，本研究結(jié)果作為往后吸附式系統(tǒng)設(shè)計(jì)之參考。

2吸附式制冷系統(tǒng)的研究

固體吸附制冷系統(tǒng)中吸附床構(gòu)造決定整個(gè)系統(tǒng)性能之優(yōu)劣，吸附床設(shè)計(jì)的優(yōu)劣主要取決于吸附床熱傳與質(zhì)傳的效果。系統(tǒng)吸附床主要是利用硅膠顆粒組成，在吸附床構(gòu)造中主要為固體硅膠顆粒與顆粒間隙構(gòu)成的冷媒流道。

考慮吸附床與冷卻壁層之間于近似真空，忽略吸附床與冷卻壁層間的對(duì)流與擴(kuò)散等熱傳現(xiàn)象。本研究中所使用水為被吸附劑(冷媒)，根據(jù)水的飽和蒸汽壓可用Clausius-Clapeyron方程式表示:

式中Ps為水的吸附平衡壓力(mbar)、T為水的吸附平衡溫度(K)、參數(shù)A、C分別表示冷媒的組合性質(zhì)；水的A值為20.589，C值為-5098.257。weq為壓力Ps下的平衡吸附量，Ps(Tb)為相對(duì)于吸附劑溫度Tb下的飽和冷媒蒸汽壓力，Ps(Tw)為相對(duì)于蒸發(fā)/冷凝溫度Tw下的飽和冷媒蒸汽壓力，A(Tb)為最大平衡吸附量，A(Tb)為常數(shù)，A0～A3、B0～B3由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定。

考慮系統(tǒng)冷卻流體透過系統(tǒng)熱交換金屬管對(duì)吸附床冷卻，其流體半徑相當(dāng)于熱交換金屬管半徑(內(nèi)徑ro)；其流體長(zhǎng)度相當(dāng)于冷卻金屬管長(zhǎng)度(L)。由于ro/L>>1，因此簡(jiǎn)化冷卻流體模型為一維模型，冷卻流體一維軸向能量方程式為:

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要利用吸附周期時(shí)冷卻流體降低吸附床之溫度并且由吸附床吸附蒸發(fā)/冷凝器中之冷媒產(chǎn)生制冷量。脫附周期時(shí)由冷卻流體冷卻吸附床使吸附床中的冷媒蒸氣由吸附床中脫附至冷凝器冷凝。

數(shù)值計(jì)算上，其求解流程如下:

(1)在程序開始時(shí)先代入各計(jì)算參數(shù)(硅膠的物理性質(zhì)、吸附床體的幾何形狀)，后設(shè)定初始條件(金屬管溫度、吸附床體溫度和冷媒氣體壓力等等)。

(2)開始對(duì)時(shí)間作累計(jì)，計(jì)算迭代新值的含水率、各方向上的速度值、壓力分布及溫度分布。

(3)計(jì)算出的迭代新值與舊值做比較，判斷是否達(dá)到收斂條件。若未達(dá)到，則新值覆蓋舊值，再重新計(jì)算含水率、速度、壓力、溫度。若達(dá)到收斂條件，則輸出計(jì)算結(jié)果。

(4)判斷是否達(dá)到設(shè)定模擬結(jié)束時(shí)間的判斷。到達(dá)時(shí)間結(jié)束時(shí)間則程序結(jié)束，若未到達(dá)結(jié)束時(shí)間則回到(2)。

3 結(jié)語

本研究所建立之實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為使用硅膠與水做為吸附配對(duì)，利用改變各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)方式得到系統(tǒng)之吸附床溫度分布、吸附床壓力與吸附/脫附量等性能參數(shù)。并利用改變各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)所得到的性能參數(shù)進(jìn)行探討以獲得系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。從如圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算研究結(jié)果顯示脫附周期時(shí)吸附床與系統(tǒng)吸附量趨勢(shì)可以有效的預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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