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《浙江大学》 2007年
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流化床吸附制冷平衡性能理论与实验研究

Maiga Abdoulaye Siddeye  
【摘要】: 随着社会的发展,提高利用一次能源进行工作的系统的效率,变得越来越重要。发展中国家的快速发展通常伴随的是全球能源消费的提高。目前,全球约有15%的能源消耗在空调和热泵系统中,这些系统主要用于:食品和药品的保存,为人类提供舒适的温度环境以及其他的一些用途。这种系统的应用同样带来了经济和环境方面的问题。近年来,人们对于能够产生温室效应气体的产品、能够引起环境污染的跟煤和石油燃烧有关的产品以及在制冷和热泵中应用的能够引起臭氧层破坏的制冷剂等的关注也越来越多。 利用低平位能源驱动制冷系统可以提高矿物燃料的利用效率,减小对能源的需求。这些系统可以直接利用低品位能源包括:废热、太阳能以及地热等,提供冷量或热量。这样就避免了像传统的蒸汽压缩制冷系统需要将热能转化成电能而引起能量的浪费。 这种系统能够直接利用热能来制冷或制热,还可以不用电或现代化工业为发展中国家的乡下农村提供冷量或热量。这种系统利用能源的优势在于:既可以利用清新的能源又可以利用工厂的废热。而固体吸附制冷和热泵系统就是利用低品位能源驱动的制冷系统。吸附制冷系统可以不但实现较高的性能,而且具有操作简单、无运动部件及温度适应范围较为宽广等优点。 另一方面,在现在的制冷或热泵系统的设计过程中,吸附制冷系统中的吸附工质对的选择也是一项较为重要的工作,它决定着系统性能。在本论文中,对一些平衡压力较低的制冷工质对的平衡吸附方程及在流化床吸附器内的吸附性能进行了研究。吸附制冷系统的性能主要取决于吸附和解吸量的大小以及制冷剂的汽化潜热的大小。因此,本文认为对吸附平衡方程的研究是每个吸附制冷或热泵系统设计过程中的第一步。 作为对平衡吸附方程研究的第一步,本文利用热天平对分子筛和另外两种环境友好的自然工质:甲醇和水的吸附性能进行了深入的实验研究。用改型后D-A方程计算平衡吸附性能,结果表明,水的最大吸附量要远大于乙醇的吸附量,尤其在较低的温度下。为了计算不同解吸温度下的解吸量,对两种工质对进行了解吸实验研究,结果表明,在整个的解吸温度区间内,水的解吸量要远高于乙醇的解吸量,并且,乙醇所需要的解吸温度较高,这意味着乙醇很难从13X分子筛上解吸。 第二,在热天平上,利用椰树壳活性炭作为吸附剂,分别以甲醇、乙醇和R123作为吸附质,进行吸附实验研究,得到了各工质对的平衡吸附实验数据,并利用相同形式的D-A方程对实验数据进行拟合,结果表明,在整个吸附温度区间内,R123的最大吸附量要远高于甲醇和乙醇的,其后,对各工质对进行了解吸实验研究。结果表明,在整个解吸温度区间内,R123的解吸量要远高于远高于甲醇和乙醇的,尤其在于较低吸附温度区间内。最后,计算了个工质对的制冷量,通过对各工质对的平衡吸附及解吸的研究,及安全因素的考虑,选定R123-活性炭作为新型流态化吸附制冷系统的吸附工质对。 最后,将工质对应用到流态化吸附制冷系统中进行实验研究。测得了不同温度条件(包括:蒸发温度、吸附温度、解吸温度和冷凝温度)下的吸附量和解吸量。利用得到的实验数据对新型吸附制冷系统的性能进行了分析和计算。通过分析,建立了吸附热与吸附量之间的函数关系式。同时,计算得到了新型吸附制冷系统的SCP,通过比较发现,新型吸附制冷系统的SCP要远高于传统的间歇式吸附制冷系统的。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB611

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