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化学吸附式制冷系统的数值模拟和实验研究

齐朝晖  
【摘要】: 吸附制冷所具有的环境友好和节能等特性使其成为传统的压缩式制冷有前 途的替代技术之一,并受到世界各国科技人员的关注。内燃机余热回收具有重大 的社会经济意义,本文将吸附制冷技术应用于内燃机余热回收领域,采用实验研 究和数值模拟的方法做了一些探索性的工作,这些工作分为以下几部分: 1. 从常用的吸附工质对的性能、吸附制冷系统的循环方式和吸附床的结构等 方面总结了吸附制冷技术的研究进展。确定了适合内燃机余热回收的吸附工质对 和循环方式,在非平衡吸附的条件下,采用实验测试手段,修正了氯化钙一氨工 质对的经验型吸附速度方程。 2. 建立了一个内燃机余热吸附制冷实验系统。采用燃烧器和两个离心风机构 成的二级送风系统组成模拟多热源实验台,以模拟不同的内燃机余热条件。吸附 工质对采用氯化钙一氨。对不同吸附床在不同热源条件下的基本性能参数进行了 测试。 3. 建立了吸附床传热传质的数学模型。它综合考虑了吸附剂的多孔介质结构, 吸附质气体在吸附剂内的流动,吸附的非平衡特性等,并且在吸附质气体流动模 型的选择上,采用了Ergun多孔介质流动模型,比常规的数学模型更全面准确地 描述了吸附床传热传质的动态特性。 4. 采用摄动精确数值解格式(PENs)来求解数学模型中的主要控制方程,并 且考虑到控制方程的非定常性,对原PENS格式进行了非定常变换,保证了数学模 型计算的成功和结果的可靠性。 5. 对吸附床的传热传质规律进行了数值分析,获得了吸附床内部的瞬时温度 压力、吸附质速度、吸附率分布,并通过实验数据验证了数学模型。 6. 通过吸附床内传热传质的数值模拟,分析了吸附床结构、吸附剂的传热系 数和透过度对系统性能的影响,一些有关吸附床的强化传热技术被重新评价。 7. 进行了吸附制冷技术工程应用方面的研究。分析了吸附制冷系统是否增加 内燃机能耗和吸附剂使用寿命等问题,并采用数值模拟方法,对以燃气涡轮发电 机尾气为热源的吸附式制冷样机,进行了吸附床结构的优化设计。


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