新型吸附制冷管及系统的研究

论文摘要

吸附式制冷技术作为氟利昂替代技术的主要竞争者,既可以节约一次能源的消耗,又适应环境保护的要求,是一种环境友好型制冷方式,它能有效利用太阳能和工业废热等高低品位能源,因此受到国内外越来越多的重视。吸附式制冷管是一个相对独立完整、微型化的管状制冷单元,具有结构简单,无节流装置,无运动部件,无控制阀门,无噪音,抗震性好等优点。但是不可否认,目前,吸附式冷管在实际应用过程中还存在着不少问题。要解决这些问题,还需从整个吸附制冷系统及吸附制冷单元管本身的结构和性能优化上入手,进行大量的基础理论和实验研究工作。在借鉴前人研究的基础上,本文对前人提出的吸附式单元管进行改进,提出了两种新型的吸附制冷单元——浮头式吸附制冷管和新型多通道组合式吸附制冷管,并对其中的新型多通道组合式吸附制冷管进行了设计和分析,利用其组合成吸附制冷系统,建立了制冷管及系统的数学模型,利用Matlab/Simulink模块进行模块化建模,为模拟仿真奠定了基础。利用新型吸附制冷管的模型,对文献中的制冷管进行了模拟仿真,把仿真结果与文献中的数据做了对比,结果表明最低蒸发温度比实验值高8.3%,制冷量和COP分别比实验值高9.2%和11.4%,制冷功率高出10.4%,制冷性能系数COP达到了0.3,SCP达到了101.7WAg。仿真精度满足要求,验证了模型的正确性。然后在标准工况下对新型制冷管的性能进行了分析与比较,对影响制冷管性能的因素,诸如初始吸附量、热源温度、环境温度、热流体侧换热系数等因素,进行了分析,与文献中制冷管的性能进行了对比。仿真结果对制冷管结构改进与性能优化具有重大意义。由新型多通道组合式吸附制冷管组成的制冷系统,在己建立的仿真模型的基础上,对制冷系统进行了仿真,得到了制冷系统在一个周期内的吸附床温度和吸附量的变化规律和冷凝器蒸发器温度的动态变化规律;分析了加热流体温度、冷凝温度、蒸发温度、循环周期、吸附剂的导热系数和最大吸附量对系统性能的影响,为制冷系统的进一步优化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 固体吸附制冷的国内外研究现状
• 1.2.1 吸附工质对的研究
• 1.2.2 吸附床内传热传质的强化
• 1.2.3 循环方式的研究
• 1.3 吸附制冷系统仿真的研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 新型吸附制冷管及系统的设计
• 2.1 吸附制冷系统存在问题及解决方法
• 2.1.1 存在问题
• 2.1.2 系统可靠性提高
• 2.2 新型吸附制冷管的提出及设计
• 2.2.1 浮头式（U型管式）吸附制冷单元
• 2.2.2 新型多通道组合式热管型吸附制冷单元
• 2.3 新型多通道组合式热管型吸附制冷系统的设计
• 2.3.1 新型吸附制冷系统的设计目标
• 2.3.2 新型吸附制冷系统的组成及工作原理
• 2.3.3 新型吸附制冷单元及系统结构参数的确定
• 2.3.4 新型吸附制冷系统各部分换热系数的计算及确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型多通道组合式吸附制冷管的数值仿真
• 3.1 新型吸附制冷管的能量流动及耦合关系分析
• 3.1.1 吸附制冷管内的能量流动及传热过程分析
• 3.1.2 吸附制冷管内能量的耦合
• 3.2 吸附制冷管的数学模型的建立
• 3.2.1 工质对的吸附方程
• 3.2.2 吸附床、冷凝器/蒸发器的质量和热量平衡方程
• 3.3 数值模拟的工况条件及用到的参数
• 3.4 Simulink仿真工具简介
• 3.5 Simulink模块化建模
• 3.6 计算结果分析及验证
• 3.6.1 已有吸附制冷管的模拟及验证
• 3.6.2 新型吸附制冷管的影响因素分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 新型多通道组合式吸附制冷系统的数值仿真
• 4.1 吸附制冷系统数学模型的建立
• 4.1.1 工质对的吸附方程
• 4.1.2 吸附床、冷凝器/蒸发器的质量和热量平衡方程
• 4.1.3 系统性能指标的求取
• 4.2 数值模拟的工况条件及用到的物性参数
• 4.2.1 工况条件
• 4.2.2 物性参数
• 4.3 Simulink模块化建模
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 吸附制冷系统的运行规律
• 4.4.2 加热流体温度对系统性能的影响
• 4.4.3 冷凝温度对系统性能的影响
• 4.4.4 蒸发温度对系统性能的影响
• 4.4.5 循环周期对系统性能的影响
• 4.4.6 吸附剂导热系数与最大吸附量对系统性能的影响研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录