【摘要】：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(dòng)性及運(yùn)行穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展得到了越來(lái)越多的重視。目前吸附理論與實(shí)際應(yīng)用還存在著一定的距離,現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)在于縮短循環(huán)周期、提高單位質(zhì)量吸附劑的制冷量及系統(tǒng)能效比等,通過(guò)對(duì)吸附床工作過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,能直接反應(yīng)出吸附床在各個(gè)不同工況下的傳熱傳質(zhì)特征,為優(yōu)化和設(shè)計(jì)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(chǔ)上,歸納了常用的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,針對(duì)改善化學(xué)吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)際應(yīng)用性和吸附床優(yōu)化設(shè)計(jì)開展研究,以氯化鈣/膨脹石墨復(fù)合吸附劑填充的單管吸附制冷系統(tǒng)為研究對(duì)象,建立了單管吸附床制冷系統(tǒng)的物理模型及數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出一些對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的規(guī)律,并總結(jié)出優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法。基于吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí)考慮吸附劑的孔隙率、熱導(dǎo)率等參數(shù)的實(shí)際變化,建立了單管吸附床的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)不同工況下單管吸附床吸附過(guò)程數(shù)值模擬,得到吸附床內(nèi)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(zhǎng)吸附反應(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間越短;在相同的冷卻溫度下蒸發(fā)壓力越高吸附床內(nèi)最高平均溫度越高,但最后都會(huì)趨于冷卻溫度;吸附反應(yīng)過(guò)程中吸附床內(nèi)壓力變化不明顯,在很小的范圍內(nèi)波動(dòng);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(guò)對(duì)單管吸附床開展解吸過(guò)程的研究,擬合得出了解吸過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),給出了氯化鈣/膨脹石墨復(fù)合吸附劑解吸的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)所設(shè)計(jì)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(shì)。同時(shí)給出了金屬耗熱量比例影響系統(tǒng)COP變化的原因,對(duì)吸附床及系統(tǒng)設(shè)計(jì)都有一定的指導(dǎo)意義。針對(duì)評(píng)價(jià)吸附制冷系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)SCP和COP,分析了其無(wú)法同時(shí)提高的原因,建立了多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),針對(duì)不同的吸附床設(shè)計(jì)要求,通過(guò)權(quán)重系數(shù)的變化進(jìn)而改變目標(biāo)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(chǔ)上本文給出了在給定設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)COP隨吸附床直徑的變化曲線函數(shù),及權(quán)重系數(shù)分別為0.2、0.5、0.8時(shí)系統(tǒng)最優(yōu)時(shí)對(duì)應(yīng)的吸附床尺寸、SCP以及COP值。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB657

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本文編號(hào)：2566445