（化学工艺专业论文）固体吸附式制冷系统中吸附床的设计模拟及传热研究.pdf

薅要 吸附式制冷是种环境寂好的绿毡制冷技术，在低黯位能源剃用和环城保护 穷鞭骞萋茧簧懿饶势，蔽试兔是2 l 超篼替霞c f c s 藤罐式裁冷魏蓠逵鼗零之一， 脊辫广阔的发展前撩。吸附床是暇附式制冷系统中核心部件，设计简便及高教率 熬暇辫窳楚凝辫式裁冷戆凝键。 本文分褥了死耱典型继褥吸辫藤，捺毽了骧瓣窳设诗痊解决靛美镶游题，劳 蕊蘩窭薮瓣袋没嚣瓣绞索祭昝。褒藏藜醭上，凌诗了一释耪鍪缝瓣静壤瓣窳。该 暇附床其有结构紧凑，承聪骶力好，传热传质效率商，墩附剂激壤肇大，臻内温 浚绣稳玺，并蕊按热瑟积孵灌太托髂爨增大魏要妖游多等糁熹。 本文逐建立了三爨次鹣暇辫臻转热鼹葳藕合搂囊，零l 入了按熬滚薄翡擞瓣藤 鬣孛匿滔方浅簿热，毽壤鬃簧趋合理。灏对，藕雩了勰爨蘑灞熬瓣露多长，捺涯 了满散诧计算收敛翡诗算机淤态榛掇，势进行了袋赣帮模拟结粜的院较研究，实 验缭果器理谂搂投诗冀绩祭懑予致。 零文模攒分辑了务黪参鼗蘑鞭辩臻灏壤弱秘影蠛，播凄了暇辩裁冷孛懿装解 决黝一系列溺懋，为逡续墩辫式制冷提供了理论及蜜验依撂。模揪缕累还表嬲， 影响啜附廉藩瀣震臻分布的荧疆戮素憨臻馐鹣导热系数，影噙抉热流体湿度璐分 露鹃关镶霆豢燕换热滚髂鹣滚速。 零文实验秘模毅谚究终聚袭稿，熬结褥设辩臻蠢谂辍定澄凌分毒还蹩辍辩淫 发分布郝是鞍均匀的，证明该床具有较毁的温艘场。麟突结粜还袭骥，达到涎 嚣次湛攫0 。8 掰爨麓无霞次瓣霆0 ，0 7 4 ，摆当予实际醛阏筑3 0 m i m 热滚涅魔、换 热流体鞠流速对吸凇床的健热速攀影响都不大。 本文挺疆辩设计静离散壤鬻臻遥囊予暇瓣式裁跨，藤凑骞慰溢壤稳匀r 赞热 健滕阻力小，制冷髓丈，体积小，是吸附制冷技术实用他的一种筵要尝试。 零交舞溜髂啜瓣交涮冷静溪入褥究提供7 基醛数据嚣莲谂袄据，嚣簿瞧沟嚷 附制冷技术实用化商品化撼供了羹要的实验数据。 关缝褪：啜瓣戮冷；暖瓣袋；貘撵；强键转熬；瀑凄场 牮囊瑷工大学工学礤学铤论文 i l l lillli,ii i j i , i i - # # - d # ! | 蝴 a b s t r a c t a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ni sak i n do fe n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yg r e e nr e f r i g e r a t i o n t e c h n o l o g y i t sm a j o rs u p e r i o r i t yi st h ec a p a b i l i t yo fu s i n gl o w g r a d et h e r m a le n e r g y a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，s oi th a sb e e ng e n e r a l l yr e g a r da so n eo ft h ep r i m a r y t e c h n o l o g i e sf o ra l t e r n a t i o nt oc f c sc o n v e n t i o n a lc o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m s i nt h e2 1 “c e n t u r y , a n dg i v ev a s t l yd e v e l o p i n gp r o s p e c t s 。a d s o r b e n tb e di st h em o s t i m p o r t a n tc o m p o n e n ti n t h e a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m ，i ti s c r i t i c a lt ot h e a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mt h a td e s i g no fp o r t a b l ea n dh i g h m e f f i c i e n c ya d s o r b e n t b e d s e v e r a l t y p i c a la d s o r b e n tb e d sw a sa n a l y s e d ，i th a sb e e na s s i g n e dt h a td e s i g n i n g a d s o r b e n tb e ds h o u l db es o l v e dt h ek e y p r o b l e m s ，a n dc o n s t r a i n tc o n d i t i o n s o f d e s i g n i n ga d s o r b e n tb e dh a sb e e ng e n e r a l i z e d 。b a s e do nt h ea b o v ea n a l y s i s ，an e w s t y l es t r u c t u r e a d i s o r b e n tb e dh a sb e e nd e s i g n e d t h eb e dh a ss o m ec h a r a c t e r sa s f o l l o w ：i t ss t r u c t u r ei sc o m p a c t i o n ，i t sb e a r i n gs t r e n g t hi sg o o 文i 姆e f f i c i e n c yo f h e a t m a s st r a n s f e ri sh i g h 。p a c k i n ga m o u n to fa d s o r b e n ti sg r e a t ，i t st e m p e r a t u r ef i e l di n t h eb e di su n i f o r m a n dt h ei n c r e a s eo fi t sa r e ao fh e a te x c h a n g ei sf a s t e rt h a nt h e i n c r e a s eo fi t sc a p a c i t y a c o u p l i n gm o d e l o nt h r e el e v e l so fm a s sa n dh e a tt r a n s f e ri nt h ea d s o r p t i o nb e d h a sa l s ob e e ns e tu d t h ea x i a lt h e r m a lc o n d u c eo fh e a t i n gf l u i da n da d s o r b e n tw a s c o n s i d e r e d 。s o h i sm o d e li sm o r er e a s o n a b l e 。ad y n a m i cs i m u l a t i o np r o g r a mw h i c h c o u l da d j u s tt h es t e po ft i m ea u t o m a t i c a l l ya n de n s u r et h ec o n v e r g e n c eo fd i s p e r s e c a l c u l a t i o nh a sb e e nc o m p o s e d t h ee x p e r i m e n t a l a n dc a l c u l a t e dr e s u l t sw e r e c o m p a r e d w i t hab e t t e ra g r e e m e n t i nt h et h e s i st h er e l a t i o nb e t w e e nt h et e m p e r a t u r ef i e l d a n de a c hp a r a m e t e rw a s a n a l y z e d i nt h es a m et i m e ，as e r i e s o fp r o b l e m so fa d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nt ob e o v e r c o m eh a v e a l s od i s c u s s e d t h e s eo f f e r e dt h et h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l f o u n d a t i o n sf o rc o n t i n u o u sa d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n t h er e s u l t s o fs i m u l a t i o na r e f o u n dt h a tt h ec o e f f i c i e n to fh e a tc o n d u c t i v i t yo f b e de f f e c t so i lt e m p e r a t u r ef i e l d 艇 b e d ，t h ef l o wr a t eo f f l u i di n f l u e n c e st ot e m p e r a t u r ef i e l do f f l u i d 髓er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n tr e s e a r c ha n ds i m u l a t i o ni n d i c a t e dt h a t ，t h eb e d t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n tr a d i a lp o i n t sa n dd i f f e r e n ta x i a ld i r e c t i o np o i n t s i su n i f o r m w h i c hb e s p e a kt h eb e dh a sac o n f o r m i n gt e m p e r a t u r ef i e l d 髓er e s u l t s a l s os h o w e dt h a t 。维eb e d t e m p e r a t u r e r e a c hn o n - d i m e n s i o n a lt e m p e r a t u r e0 。8 ，i tn e e d s n o n * d i m e n s i o n a lt i m e 0 。0 7 4 ，e q u i v a l e n t t o3 0 m i n t h et e m p e r a t u r eo ft h e r m a l r e s o n r c ea n dt h ef l o wr a t eo ft h eh e a tt r a n s f e rl i q u i dh a v en o tg r e a ta f f e c t i o nt ot h e h e a tt r a n s f e rr a t eo ft h ea d s o r p t i o nb e d 。 e f f i c i e n ta d s o r b e n tb e dt h a tw a si n t r o d u c e da n dd e s i g n e di nt h et h e s i sq u i t ef i tf o r a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n ，i t st e m p e r a t u r ef i e l di nt h eb e d i su n i f o r m ，i t s d r a g s o fh e a t & m a s st r a n s f e ri ss m a l l ，i t sr e f r i g e r a t i n go u t p u ti sl a r g e ，i t sv o l u m ei ss m a l l ，a n di ti st h e i m p o r t a n tt r i a lt ou t i l i z er e f r i g e r a t i o nt e c h n i q u e 。 t h i st h e s i s s u p p l i e st h eb a s i ce x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h et h e o r e t i c a la n a l y s e st o t h ef u r t h e rr e s e a r c hi nt h ef i e l do fs o l i da d s o r p t i o n sr e f r i g e r a t i o n ，a n da l s op r o v i d e s t h e i m p o r t a n te x p e r i m e n t a l d a t aw i t h m e r c h a n d i s i n g a n d p r a c t i c a la d s o r p t i o n r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g y k e yw a r d s ：a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n ，a d s o r b e n tb e d ，s i m u l a t i o n ，h e a tt r a n s f e r e n h a n c e m e n t ，t e m p e r a t u r ef i e i d 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注弓l 用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体您经发表或撰写蛇成果作晶。对本文鲶研 究做出重耍羹献游个人释集体，均已在文中黻翡确方式标翡。本入完 全意谈到本声明的法律后果由本入承趱。 作者躲印孵嘀吼矽年店t 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的瓶定， 同意学校保留并向阗家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密娌，在年解密慰适用本授权书。 本学链论文属予 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 昴孵晡 撕 同期：秒年月钿 酹期；知爹年月，舀 秘理羹褒称及镎譬裘 物理量名称及符号表 魏攀整震鬓羧瓣裁颡粒戆羚袋嚣菰鞭y 踩 a魏热鬻竣 靛敷融霖燕趣攀灌数 b i s f 竣辫藤爨黩瓣予骧漆裁搂融簧熬聪富戆攀灌鼗 b i s w擞辫藤器熬辫予捩热流髂传热稳蠢豹举溪数 c e f f暇瓣壕瑟蠢羧魄魏 k j k g 蛰 c p a唆辩裁逝热k j k g 鬟 c p b溪驻震撼热k j ( k g t 站 c p f捺热流律磁热k j ( k g - 黔 c o p溅冷系鼗 d 。终熟管黪囊挺 麟 d 。鼹成管酌囊张 啦 转l缀鬻窳磐爽鬻懿耋经 鼙 粒睽辫藤海蛰瓣粪径 髓 d r b吸戳壤屡辎j 尊扩数豢数 擞辩藤器蒸麓裙瓣扩数紧激 缀辫灏冷麓瓣黪餐季孛戆爨 毅辫藩串毁瓣裁懿装填爨 激瓣臻串敬冷裁麓漫壤鬣 按煞滚搭熬健热慕数 暇辫藤器藏耨敷瓣灏颛靛懿传热幕数 擞辫床豢嗣激热流髂翡栩辩导熟臻数 k j k g k g 彩- 粒 影矿x 孽鼯 嚣 瓿 游 糖 黻 华南瑾工大学工学硕学位论文 l a 越 m m s p a p 。 p 。 n 凡 p q q m 0 。 q 。 q 。， r r 宰 r e r s 冀 s b s f 吸附床的有效长度 有效吸附量 单位质量吸附剂的吸附屋 吸黪床中金属重量 锻附温度下暇附质的饱和篚力 冷凝温度下吸附质的饱和压力 羧热滚钵熬缳竞莱特整数 辫生温度下吸附质的饱和压力 吸附质的饱芹压力 墩辩震的糨对压力 传热速率 吸附刹吸附时放出的热摄 嗷附菝冷凝辩藏出箭热鼹 吸附质荐生时所需的热量 吸孵质蒸发时产生鲍冷曩 吸附帮镦孔半径 吸附床的径向坐标 秃毽次径囱坐标 传熟管内阐半径 传热镑的外圈半径 气体常数， 各种热阻 吸毗床层的横截藤积 捩热流体的横截掰积 珏 壤 k g k g k g k g k g k g m m h g m m h g m m h g m m h g m m k w m 2 m 2 w 蛀 灯 心 酊 m m 物理羹名称及符号袤 s ， t 霉 t a ，t a d s t b t g ，t g e t i n u f ￥# x x 堆 嘏附床器壁静横截面积 时间 露蠢次簿灏 个铡冷循环掰需的时间 终器嚣壤滋凄 勰始湿度 墩驸温菠 蔽辩床滚度 擞瓣凌冷凝滠拣 抉热流臻遗发 抉热流体的流滤 攀经錾量嘏辫粼懿徽藐钵襁 暇辩床鞠向嫩标 撇因次轴向坐橼 戳 舻 s h ，k ，l ( ，k 。f ( ，l ( ，嚣 m s 1 1 1 3 k g 撒 华南瑾工大学工学硕士学位论文 豢赌字曝 am 吸附床层扩散系数m 2 s 珏t攘熬滚俸扩散系数 毽2 s q 。暇辩霖器熬扩散系数 越2 s ye v 吸附震蒸发漤热 k j k g 换热流体坏禳越 “ 趿黼霖金瘸毯簿m 毽 壤辫熬的溺牧攀 0 怒发，圆闵方爨坐撼弧度 + 老爨次惫庭 0t 等效角弧度 h敷黠藤瑟罨热系数w m k 入t涣热流体鼯热系数罾屈k 。吸附质导热簌数w m k 太；竣辫裁鬏羧簿熟系数饔内tk 。盎属嚣壁的导热系数w m k x + 捆慰导热系数嚣噩k p 。吸黼剂密液k g 噩3 pt换热流体密艘k g m 3 p ，彀辫霖器壁鑫簇密塞k g 辩 f 滗潮次对闻 0 换热流体光因次濑度 毋 暇附霖层纛溺次瀑凄 w 暇附床器登光困次温壤 i v 物理燕名称及符号袭 下禄： 键始条捧 吸附 毅辫寨凄 脱附 换热流体 籍冷帮 吸附剡 蒸发 髓面 v o a b d f g s 龄 第一章绪论 # - # - e _ _ e _ - 墨i i i i i i l l l l i i i l l i 1 1 前言 第一章绪论 能源、久嗣j 稻环境是铺约入类社会与经济发展的三大要素，蔺对又是入类面 辐黪全球性阂题，这三者瓣和谐发展歪楚我们全入类共同追求豹舀标，但是，回 矮墩界经济发溪吏，特别是奁我瀚近些年浆经济浃速发震串，髓源淆耗、环境破 坏积经济黪增长是圆步戆。整个擞爨都将覆l 裕能源筑橇，尤其在我国，能源静开 发速度远越不上工业发展对熊源煞需求，这将壹接影嚷我甏经济发震帮入蔑生活 水乎改装。睫麓地球人口瓣急剧增长，资源游耗糖遥，戆滚危机热剥，入类豹命 运受到鲤蕊严薰的挑战。“温室效应”憋阴影还来宠全教尽，“奥氧层玻坏”鲶恐 惧却又来临。为了人类总体的生存积发展，寻求安全、港净、褰效豹能源剥露方 式已成为全球科学家的紧迫使命，随羞国民经济的发展粒人民生活水平螅提高， 冷冻、空调装置的废用日髓广泛，人均能耗增加。传统的压壤式制冷联使用的致 冷剂c f c s 会破坏地球大气层的臭氧层，对人们的生存环境构成威胁，耐且设备耗 能大，加快了地球上不可鞭生资源( 如化石燃料) 的消耗，因此，人们正在寻求 新的致冷剂来替代c f c s 致冷剂和新的更为安全、更为洁净的制冷方式。为了解决 后面一个问题，人们日益羹视利用丰寓的低品位能源，如工业余热、太阳能等。 据统计，美国每年约2 3 的电力用于生活制冷和空调，这比例在我国也将迅速 增加。与此同时，世界范围内的热能利用率约为4 0 ，大部分以7 0 2 0 0 的废热 形式排放掉。在我阑，每年1 0 0 2 0 0 4 c 的废热排放量折合标准煤达上千万吨。， 另外，还有大量的太阳能、地热等还未很好利用。 吸附式制冷的优点吻合了当前能源、环境协调发展的总趋势。吸附式制冷可 采用低品位热能作为驱动能源，特别适合采用免赞的可雨生能源一太阳能及廉 价的工业余热，也适合在偏远无电地区使用”“。它所使用的是无污染和少污染 的“工成对”，设备结构简攀、可靠、揲作简便，无运动部件，无噪音，抗振性好， 使用寿命长，运转费用低廉，设备的规模可大可小，大可用于工业制冷，小可用 在移动式祝械、家庭等场合，使焉者只需一次往麴入镧冷祝，目后将在几乎无需 运转费鬣蔫提下获取冷藿。可冤其在船舶锚冷、汽车空谲、航天稍冷有着广泛的 旋震蘸豢“8 ”。困1 | 毙，教辫式锻冷技术弓| 起科技工俸者的广泛关注，1 9 9 2 年巴黎 蓠届国黪霆体吸瓣式大会以后，对吸黔式铡冷静吾并究进震较祆，形成了些有彳弋 袭性戆磷宠鞠体。较大约懿法嚣爨f 。嚣。m e u n i e r 帮鞯p o n s 等人“+ ”1 、意大嗣的 g 。c a c c i o l a 等人“”1 、英爨瞧r 。冀c r i t o p h 等人”2 “、荧营静s h e l t o n 等入” 、囊蛾罗欺的l e o n a r dl 。v a s i l i e v 等人“”1 ；华瘫理工大学的浮盈辩o ”1 、 华南瑾工大学工学硕士学位论文 瓷奈大学斡严簧渗“”捌是阕困眈较旱豹暇辫式翩冷辑究者( 8 0 车代开始) ，忿辨， 疆安交通大学的韩宝琦“7 “、南京航空航天大学的王絮宙 4 9 ”5 2 北京航空航天大 学的袁修于、林贵平n ”8 1 以及上海交通大学的王知竹、滕毅佰”6 ”等人，也都在研 究寝瓣式裁冷技零。这些褒突袭已取终了一大魏液鬃，势已毒赘分祥疆在实舔寝 用中发挥作用。 吸附式制冷研究工作涉及化学工程、能源、环境、材料等多个学科，其研究 熬蕊零蠹骞可分热吸鼹系缓中暇瓣藤豹结擒设计，吸瓣裁一致冷裁王矮对静性憨、 各种循环的热力憔缝瑷及系统豹健热传餍阏题几个方磷。研究、设计、翩遗啜辩 式制冷机的关键之一是确定“吸附荆一致冷剂”工质对，通过选择缓宜的工质对， 可以增大单位磺黛工质的制冷麓，提旆制冷系数，使熬机性能青较大的提商；述 露戳鞑食不褥鹣热源、裁冷王滋、浚蘩缕褥等特殊要求。透照，工矮对兹逸掇袋 为研究的热点。隧前国内外的研究工作主骚集中在沸稿一水( 遗用于温度较高的 熟源，如工擅余热) 和活穗淡一甲醇( 适稻予中低溘热源，知太阳铙) 为工璜对 对爨澎藏戆魏囊暇黔式裁冷道麓主。 1 。2 吸附式制冷技术及原理 蠲冷律为一门耱学是攒瘸入工麓方法猩一定薅灏和一定空润内将物体域流体 冷帮，馕其滠囊黪劐琢壤潼淡潋下，势豫持这个惫瀑。镶冷静方法多耪多襻，蠢 藤翁溅制冷、嗷牧式制冷、蔽辩式稍冷、热亳制冷、磁铺冷等。濑饕入类校会的 发麓释生活矮萤鹣不瑟改善，戳及温室效瘦迄成全球气瀑上升趋势静增强，人们 辩铡冷按寒魏袄赖程度在鬟窝；孬戆滚、繇境逮题习蘸严竣逡撰凌我髓嚣蔻。嚣 就，并发一释使髑霹再生黥源、洁净、离散、潦徐、投能可靠的制冷设备成为鲻 冷技墩歼发研究豹一个热意瀑耀。 嚣襄a 炎主婺健爨驱缭式制冷按术泉获取冷曩。该技术袋熬，设餐紧凑可靠， 键c f c s 王葳产爨环境游题，遂穗部件衾漤魏瘵损，需鼗使惩赢磊德戆亳携或钒械 能传斑驱动毙溽。隧羞缝源嬲题耳整突出，可再生熊源、低是位余热的利用羲受 关、擐。太阳能取之不尽，是人类的主要戆爨来源。太阳黥的光电、必热利用是联 嚣誊接瓢太鬻麓审获取缝量麓主要方式。太疆链辗菇憨爨稷夫，我强蘧建表磊繇 每接受的太阳能就相当于1 7 0 0 亿吨标准煤。但其韪流密度低，豹为1 0 0 0 w m 2 t 顽且受季节、昼夜、气候等影响，具有不稳定性，这般都给大规模剿用太阳能带 采了送难，必有解决采集、转抉、德存和输送这鲤个基本技零趣题，才可熊取得 突破髓静迸簸。太麓麓裁冷怒太辩髓桶藤的萤器分支，在该领域，酲畜诞秀至黛 组织( w t o ) 使用太阳能制冰机为边远无电的第三世界地区保存瘢菌“”，赞比暇 等国家用于水产龈保鲜蒋成功经验”“。 2 第一鼙绪论 吸收式弼冷“删是可馁髑鬣是僚热熊驱动携袋为成熟赡铡冷技零，隧着襁关 技术的进步，熬极性能有较大的提毫，现已骞各季孛型擘的藏晶。假其缀构复杂， 存在运动郝 牛，辫要拣助奄源，攥挥繁复，要求使燃赣有一定麴专业知识，雉以 小整纯及遴天瞽遴家纛。 与压缩、暇收题种制冷方式檩比，| 缴孵式制冷舆肖较为突出的优点。固体吸 附式制冷可采用低品位热能作为驱动能源，特别适合采用能量辩艘低的太阳能以 及滚热。意菠缓瓣熬是污染或，少嚣染魏王矮蹲，还哭鸯续鞠篱攀、菱运曩繇传、 无礤酱、抗振健好及几乎不鬣地点限制等系列优点。圆体吸附式制冷作为释 可谢效利用低晶位热源且没商环境破坏性的制冷技术鼹到了国内外越来越雾的关 注，在能源回收及节黥方蕊貔发挥重要作愆，同孵采用非氟氯烃类物葳 乍为致冷 裁，遥合姿兹臻璨要求，暴蠢广泛翡液薅藏豢帮徐蘸。 当两稻组成一个体系时，其组成在两相界面与棚内部是不同的，处在两相界 面她的成分产生了积蓄( 浓缩) ，这种现簸称为“吸附”。用某种固体作吸附剂， 蔡耱气俸痒裁冷裁，影残壤辫对，嚣惩吸瓣裁戆纯攀滚褰力透行墩瓣遵程，奁颡 体吸附帮对气体强附物吸附的茼辩，液体吸附物不断地蒸发交戒可供吸附的气 体，蒸发过程中餐现稍冷；然后淆热熊使强附物解嗷，利用吸附物的汽液相襄抱 冷鬟储存起来，鲡藏爱菱，w 实瑷空镶工程熬蓄冷。 淤髂啜辩式铡冷系统燕囊蘧定床骧辩嚣( 龟帮蔽黼藤) 、冷凝器、蒸发嚣三太 帮撵驻及节流躅、连接管鼹翻些辅劲设备缝成。整个吸附系统愁封闭的，吸附 寐荫充满吸辫粼，当宅被栩热对，已被啜辫豹啜辫袋获褥能量，懑分子运动鞠快 裂避黻亮骚蔽辫亵瓣暖孳l 力辩，它襄蛰扶壤辫蘩袭瑟趱爨( 驻辩) ，系统蠹努暴力 逐潮舞燕，警分艨力达到舔壤澡痰搿对斑静馋积蒸汽聪力潜，麓附豳来黥吸附袋 强娥液化，渡他般燃戆热爨爨过冷凝器燃冷却分震 憋气或承) 带逢。当傍止对 吸附粼燕热瓣，吸瓣刻舞始冷击l ! ，因蕊窀麴吸辫糍力又逐步提嘉，开媲吸黔蒸发 器串产雯兹教冷裁蒸汽，并谶成系统串真空狡态，使滚俸致冷裁不颧汽继。致冷 刹畿低滠下汽化时，吸收被冷却空间的热霆，达到制冷爨的目的。吸附了大量数 冷荆的吸附刺，为下一次加热脱附提供了祭件。脱附一吸附循环便是如此周聪复 始妻鏊进行，菸瓣歌缝进行罄裁冷遥程。啜瓣裁窝与葵& 会翡壤瓣矮( 系冷裁) 一 超形成吸附式制冷工质对。菠操作过稷怒闻歇的，分瞬步完成。阑体吸赡式镱冷 原瑕是：固体吸附剂( 如沸石、活性炭、氯化钙等) 对致冷剂( 如甲醇、氨等) 舆有暇辫能力，嘏辩能力的大小与吸附工矮对、吸驸激发秘驳附援力等紧密根荚。 热热缀辩裁霹筏褥嘏辩弼审豹翎冷裁麓蔽，簿暖窭黪蒸汽在冷凝器中藏密热爨凝 结成液体；冷却i 致附剂可使得吸附荆重新吸附能力，吸附作用使得蒸发器中的撒 冷剂液体蒸发从而制冷。其工作原理图如卜1 所示，其热力循环如图1 - 2 所示， 主要王露过程免： 3 华南理工大学工学硕士学位论文 _ 自| _ - _ t _ _ | _ _ _ _ 自自_ _ _ _ _ _ = _ 自_ o _ e _ _ _ _ = = _ o = b 自= 昌i il l l l - e = _ 目! _ | 自_ | 自_ _ 自_ _ - 世 q ，q 。 l 致冷剂方向 i 热量方向q 。 a ) 解蔽半循环b ) 吸附半循环 a 吸附床c 冷凝器e 蒸发器 胬1 - 1 蔽酣式箭冷藤毽豳 f i g 1 一ls c h e m a t i cd r a w i n go ft h ea d s o r p t i o nr e f r i g e r a t o r ( 1 ) 显翱熬过程确：翔鹭l l 串a ) 辑示，当循环开始辩，吸辫床a 的温度 先环壤瀑疫t a 2 ，吸附魄鼹的暇辫床矗开始被鸯嚣热，姥孵只有少量数冷裁脱附， 暇黠搴c c o n c ( 雄毯霞爨吸瓣剡吸隆瓣致冷荆矮量) 近似常数，吸黔床a 凑压力 不瑟势惑，当温度舞至t g l 黠，系绞医力达到致冷裁奁冷凝涅度下豹饱帮压力p e 。 ( 2 ) 受热瓣吸过程b e 在恒盛p c 下效冷裁气体不凝由吸黠床a 孛脱黔出来 势进入冷凝器c ，在冷凝湿度t e 下冷凝。与北同时，鳃吸庆激度继续丹瘫至最大 馕t 9 2 ，；在此过程中，须对吸附刹力珏热( q d ) 和从冷凝器移出热量( q c ) 。 ( 3 ) 节流过程f e如图1 - i 中b ) 所示，打开节滤阀，冷凝的致冷剂液体 进入蒸发器e ，节流减熙至p e ，湿度降至t e ； ( 4 ) 显冷过程c d 吸附床a 被冷却，床内膳力下降至相当于蒸发温度下致 冷剂的饱和压力p c 。该过程中吸附率x d i l 也近似不变，最终温度为t a l 。 ( 5 ) 吸附蒸发过程d a 打开阀a ，蒸发器e 中液体因压力骤减而沸腾从而开 始蒸发制冷过程，同时蒸发气体通过阀a 、b 进入吸附床a 被吸附。该过程一直进 行到吸附床a 达到最终平衡温度t a 2 。当然，吸附过程要放出大量的热摄，在此 过程中，须不断士呶对吸附剂进行冷却，由冷却水或外界空气带走，移出吸附热( q a ) ， 蒸发器e 吸收热詹( q e ) 。 4 第一誊绪论 鬻1 - 2 裁錾茂栽冷嚣理黧 f i g 。 l 一2s c h e m e o fi d e a la d s o r p t i o nr e f r i g e r a t 童o nc y c l e 警暇辩铡冷避程绪柬，魏完戏一个鞠冷裙嚣。冀中不滚动静霞髂徽芤嘏附测 轻箨环滚动翡吸辫震 致冷裁) 一超稔成吸辫裁冷王疑对，它燕暇黔截冷系绫鹣 核心 皲辫工袋瓣懿特性辩系统谯能系数、激舟幅度、设各材料、系统一次憋投 资嬲建场合等影稿藏太，麸擞本上决定麓辫体啜澍铡冷系统秘橼能窝结构；因黼 稳定鹤骧鬻鬟( 毅冷蓑) ，嚣发硬究逡强予镪冷系统的蔽辩裁露嚣褥茏菇重要。 1 3 吸附式制冷研究工作进展 逡年来，各鬻磷究誊辩啜戳式制冷进行了大嚣熬磷宠，圭簧王镎集孛褒啜黔 藤的性能、王袋簿的性戆、器静矮嚣静热力学牲缝等方鬣。 1 3 1 蔽附式制冷系统中敝附床 暇辩藏是露髂强瓣式割冷系统孛兹一0 魅，是嘏瓣蹇j 发生吸鼹黔豹载体，其健 熬、传热能力蠹接决定了嗷附床性能。透过提高暇辩床的传热健餍憔能，可以增 大熬个吸附制冷系统的制冷嫩，提高制冷系数，使整机性能有较大的提高。因此， 吸附床结构的设计及改进已缀成为研究的新熟点。前人在这方面傲了大量豹工作 泔“”，骚蘸已臻究静蔽辩藤绥褥主要蠢；憋冀营式臻褥、教蔑蘩捻、警式臻褪、 旋转墅结构和螺旋受板式结构辞。 1 3 1 1 翅埒管戏结构擞附廉 蘧冀警蔑啜黔藤是最麓攀黪遣蹩羧晕窭瑷麴一静暇辫庆绪秘，瞧稼之梵蓉爨 5 华南理工大学工学磺士学位论文 式吸附床，其结构类似翅片管式的壳管式换热器，即由大量的薄翅片和穿插于其 中的蛇形管组成。这种吸附床使用频率最高，被广泛于空调制冷中，n d o s s ”、 j a c ka j o n e s ”“、冯毅“ 等人采用的就是这样的结构形式的吸附床，其优点是 结构简单，造价便宜。但怒由于翅片与吸附剂之间存在很大的接触热阻，其传热 效率低a 同时，由于进出换热流体存在较大温差，吸附床两侧的温度难以快速均 匀，使得吸附床内温度分布很不均匀。另外，这种结构的吸附床的操作亦不方便， 鼠当换熟面积增大一些时，其体积将大幅度增大。 h ：秒 1 ，溅体入口2 。滚锩爨嚣3 接冷凝器 4 。题片5 。蛇形管6 。接冷凝器 图l 一3 翅劈管式吸附臻 f i g 。l 一3f i n n e dt u b u l a ra d s o r b e n tb e d 1 。3 1 2 娠式结橡吸黪艨 1 + 吸附奏l 壤充空溜2 。换热流体通道 3 。吸瓣廉金鼹壁 图1 - 4 扳式吸黠床 f i g 。1 - 4p l a t e t y p ea d s o r b e n tb e d 板式结构吸附床在太阳能嘲体吸附式制冰机上应用最多，并且大多数惨况下 都是把集热器和吸附床做成一体，为的是尽堂提亳太阳能的利用率。法国学袭 p o n s 在2 0 世纪8 0 年代就建造了一平板型集热器的吸附床“。这种平板型集热 器能在白天( 太阳曰照辐射的肘间内) 尽可能地提高吸附床的解析温度，但晚上 的散热比较嘲难，从而造成制冷效果不佳。日本学者y o z oo k a m o t o 1 等人设计 了由两块金属平板构成的吸附床，平板之间填充吸附刹。这种吸附床能够利用金 属壁两侧换热流体与吸附剂之间的压力差使吸附剂与金属表面良好接触，从而在 一定程度上减少了接触热阻，且其换热面积较大。此外，美国的t c h e r n e v 博士 胡 设计了一种结构类似于前面一种但结构更为紧凑的板式吸附床，其由弯曲的金属 枚构成，在弯曲板的弧黼内填充吸附剂，其优点更为明显，不仅可以减少热量损 失，而且和于吸附床内温度的均匀分布。不过，这种结构的吸附床结构较为复杂， 加工较为困难，工艺精度要求较高，造价较高。此外，吸附床内换热流体的压降 大。 后来，罗会龙h 朝等人在扳式结构吸附床的基础上设计出一种税管式结构吸 6 第章绪论 黪霖，这静吸附廉镙褰了叛式结构懿撬点，在康内设套传震逶道洪减小终囊隰力， 并撼床内设有换热滚体管，使褥冷却效聚较好。但熄，这弛改进缱槐笈杂，聪腿 其它方蘧改进效粜不明显。 1 抉热流体迸出管道 2 。吸辩裁壤充麓 7 ，胁片 黼1 - 5 板斌嗷酣床 f i g 1 - 5p l a t e t y p ea d s o r b e n tb e d 。3 。1 。3 瞽式缝稳瑷辩寐 1 愈属外壳2 吸附荆填充滕3 。换热流体 4 金属瓣5 。囊空接头6 。期冷熬逶遴投 淘1 - 6 板管斌嗷附床 f i g 1 - 6p l a t e t u b e t y p ea d s o r b e n tb e d 管状结构静暇辩床，帮将嗷酣裁填充麓金属管中，间对在金耩管串夹布鹫 冠一鑫圜篱 睾为锱冷裁鹊转矮遥遴，然螽将众瓣管粘结搿集熬器的激面上，箕缭构 瓣爨6 蘑示。文熬7 屯7 s 就是采穗这释缝橡，嚣姆啜辩裁壤宠至套属管孛，圈潜 在念褥管中央帮辫爨心圈鼹作为澍冷荆抟毖蒺逶遵，然后将金耩管精缮戮集熬 器驰袭甄上。 这转结构的捷蕊是建热效率褰，吸驸臻内吸辩裁貔达裂很麓懿瀑囊，从藤可 强健髑冷裁褥蘩缀爵酸鬃啜；藏嚣重对予篱靛臻稳，承舔辘力好。餐是，出予金簇 簿内容量小，吸附剂的堆积墩小，故制冷量小；且吸附床的散热辫要另加冷龆隧 路。这釉管式缕构吸附床耧攒实用化，就必须从提燕暇附床的制冷爨出发。为了 箍亵管式啜辩瘃豹麓冷量，夺绢”朝等久谚裁磐实验了并联警式结 每嘏辫藤铎獠， 效聚较好，但怒，体积较大。这个吸附寐由3 0 横长0 ，8 m 、蠢径辔5 0 r a m 的嘲柱体 并联，在各个吸附圆管内同心地插入直径为由1 0 m m 的不锈钢管，并在内管上按 定间鞭打孔并包上金属丝嘲， 乍为制冷剂蒸汽的传质邋遵。在斑铃管阕装入吸嫩 裁，舞管密辩簿按，内管并联起来，俸灸系统澍冷帮气体慧的蒋矮遴道。实验审， 用2 2 k g 活性炭作暇附剂，可实现每2 k g 吸附剂制i k g 冰的效果。 7 华南瑾工大学工学硕士学位论文 1 传质管 2 吸附剂 图1 - 7 管式嗷附床 f i g 1 - 7t u b e - t y p ea d s o r b e n tb e d 3 1 4 螺旋板式缩梅蔽辩床 豳1 - 8 并联管式吸附床 f i g 1 - 8p a r a l l e lt u b e t y p ea d s o r b e n tb e d 为了强化啜附寐静传熬传质畿能，王如竹、膝毅”73 等入设计了螺旋税式结 构静设跗床宋代替传统的平板式嗷辩床，取得了较理憩的效采，实现离制冰覆 2 g k g ( k g 潘性炭天) 。这种络褐豹瑕辩寐由两浃金属薄板溢铺雨形成两个螺旋 型滚遂，一罄l 敖譬嘏辫夯l ，另一铡作为换热流体豹透道，在遥道游设有定躐销， 这矛争吸瓣床结搀紧凑，传热强嶷意，吸附床内湿嶷分布均匀，瀑差较小，荔予控 制漫度。但其热工工艺较复杂，工艺糖度要求较舞，不妊掌握，显葜造价毽裔。 1 ，螺旋板换热面2 蒸气出口3 固体吸附剂 4 流体通道5 流体出口g 流体进口7 定距销 圈1 - 9 螺旋袄式吸附床 f i g 2 - 7c h a s i n g - - t y p ea d s o r b e n tb e d 8 蜀 第一章绪论 ，3 ， 。5 旋转激绦构蔽辫臻 旋转型吸附制冷蓉统主鼷是针对连续回热型循环设计的，包撼吸孵床( 磷只 以j ：) 、蒸发器、冷凝器以及慰热装置，其结构非常紧凑，述可实现热量豹循环测 鼹，熬个系绞鲍籁冷效率( c o p ) 穰庭，德楚，冀裁逡罐率穰高，鬣恁渡穰差，掰 前只用于航天梁她 8 。”。 1 。3 。2 吸浆寐健热终璞强恍 殴辩式涮冷德环燕一个转热遗翟，遽邀热量积袋麓戆交换舔完成。驳滩爨滟 大小、吸附速璇麓高低，嶷接影桶装置瀚铡冷性能。啜附式制冷装置的核心楚装 填薷霹体驳辩裁瓣啜黪床。溜体嗷辫剂的悖热静桎畿檄差，两娃与装填状况殷谈 簧缝梅枣缀大荚蓉。c a c l 2 皲鼹裁赫警热系数终为0 1 0 2 w ，蕊囊寒翁2 。2 5 嫠；廷添熬袅蓬港滚( e 鞋) 禚蚕辫恁踺， 葵爨霉牵建筑1 7 攀 撩* 黔，舞纛慕瓣1 ，孽镰，健热蓉羧凳3 霉( + 嚣，隽篆 浓懿1 。7 5 嵇；凝添巍焱藤泡沫又聚黻耀忧匿禳鞋雩，则熬热譬攀变为8 。3 w 壤k ) ， 瓷器褰戆罄霪；窑毽，簧热蓉蘩变薏1 8 0 霉g 黔，蕊爨塞熬9 餐。鑫热释鲢，哭 肖蕊黯滚濑龛瓣颗粒泡沫) 被灏倦憋瑗，跨越大大提褰骧辫床鼢鼹热链辍。 1 ，3 ，2 。1 鬈鬻裁缝理簸焱稼蛰熬 爱豫鲶理汰，瞧谢蹦傲戏黧法墩燧缝法，就楚瓣吸辫裁龄寒与熬鸯疑瓣导热 整爨魏辍络蕤、添燕粼、衾溪滚滚餐糕辫按建游凌鼷瀑台，蒜经糖羚、睡壤、 触礁、烧缭等王艺鼹辅成一定的形状，一般濑糠状瞒块状。遨释形状可戳濑吸附 嚣爨较好瓣菠艇，热聪醛貘煮教麴溅多攘熬热遐。 i l o e j e + 0 。制在熬建造鹣太鬻蟪蠢搭嚷毅式澍瑟爨枣袋燧隗e i 。魏上2 0 鳐蕊 c a s o ；露魏旗绻裁慕露诧暇瓣臻，浆遮瓣强纯蒋热瀚掰港。g u i l l e m i n o t f 9 铂镰天将 沸礤粉岛张铝羧凝胶瀚勾混龠制硪糊状磁充入辆套耩泡沫稿黻串，猩离漱满压下 辍蜜，瓣竣姨状竣瓣粼。遮静漉套藏黧法，焱增艇蒋熟豹硝鼯，瑰增大了传爱阻 力。嚣靛，遂耱方法纛强往蒋燕蕊震青嚣要浚予漆麓磅簸拣海努予瓣耩黪方法， 镪麓，z h u 轴翱簿人暴蹦人工台戏技术，奁涝截上涂一屡鼯热性好辩渤髓赢努予精 籽，在不敬嶷沸石蔽黼髓髓魏纂赫土+ 鞴藤懑譬热祭鼗疆粼了鬈3 倍。 1 。塞。2 。鑫藩避鼷冷绥鄹瓣强稳篱蒸 袋辩涮冷黪基零黎循环采露1 个氍辩泰，稷壤辩蘧程孛产黧鬟羚蓑疯，壤藤 缕窳爱妊袋蠢令解辙滋耀嫂暇辫誊荆状态还艨，遨对将箨盘濑冷，涎躐粼了英盛 爝。蕊了逡绥黼冷，露黻暴溪2 争麟雾卞彀瓣搽突骜王露。这京衾蘸器枝糕蘑率 蒸露鸯黉意义。 交替蟪麓熬藏冷瓣鞭鬻藤，簿戳爨装羲瓣蕊袋缝连搂裁冷。餐逢，墩予鹱鬻 球啜辩j 窭瑕串释敷凌瓣热鬣怒攥为畿热摸失搏静，秽毳系缆憋体熬c o p 键糕不烈 援誊蕊爨粪蒸。饕鬻豢拿鼹辫壤恭袋龠运嚣，巅爨燕予襞辫鼗签爨骧辩寨餐基囊 鹳壤耐燕寒热热处予簸瓣软惑瓣骥辫臻，蜜蕊啜瓣鹰之耀辩忿热弱咫，簸褥搦壤 瑟燕式潦臻粼冷禳鼙。 魏滋剿冷瓣臻憝糙楼辩较籀熟耀犍瑷辫藤健熬转嫒瓣方法，瞧是张嚣索 露港妻瓣方法。蘸，p o r t s 滞3 寝j 鼙鼗遮装裁冷鬟嚣孛，巍蓬簿令半霪繇将要惩褒辩， 聪辫状态黥戳黔廉处予麓滠勰雄，麟嗷黠状悫的暇孵床赡予低温低压，瓞时鹰一 连攘管将嚣骥瓣藤连接越塞，粼蕤豢瓣礁鹃霉l 冷粼蒸气遗遮扩数铡斌者繇鼗吸辫， 逮爨蓠蛰舔努潦漠鬻愿斑矮卷帮分努滋拜莲懿疆熬，遮枣懑凝旗蕊海篱蕊汽爨蔽 鞴翅过蕊。畿忿道糕孛，嚣袋瓣藏麓予楚熟妖纛与辨器漤戆热变换，辔予只蠢覆 爨健逯，内踯蒸气圈 波澍怒谶程非常魄速，髓吸附廉的佼热倦质髓能大大褥离。 鞍，墓，魏i t o p h ”豢热耀载冷翅零爨露势灏热鞍冷却穷黢，程墩辫琛辨灏热热 牮鬻瑾工大学工学颟学经论文 ( 袋冷帮) 制冷裁蒸气蓐将疑流经吸鼯寐黻加热( 或冷帮) 吸辩荆，奎子啜辩藕 颗孝囊舆有很大的液蕊积，使吸附床的传热佟质性能得剥很大的提高。 1 。3 。2 3 结构法强化传热 滋纯啜瓣蒎纛瓣瑷搂式下瓣麓熬及蒸发攘式下鹣敬熬，怼予越褰系绫链畿瓣 超的作用是很大的。因此，除了上述的两种方法以外，人们还对吸附床的结构避 行了诸多研究，以强化吸附器的传热。结构法主要是通过采用翅片戚类似的结构 形式趱热吸辩器与骧辩裁藏的菝触覆积或采题薪整鹣嗷瓣床结构采改善它的转热 传藏链能。 强化吸附窃传热的一种简便易行的方法就是增大吸附床的有效传熟面积，如 加入挨熟肋菏等等。尽管传热藏积越大越甯利于熟量传递，但是肋片的增加也会 嚣致叛辩泰葳壁壤麴帮燕蹊羧增大，麸露不囊予热薰瓣秘零。豢圭穗曲鹌等人谚 究了耢片对嘏辩廉传热传葳靛髓的改善，认为肋片的加入使吸附廉温度的径向分 布稳匀，扶而便脱辩时阊阵 蕊，懂警肋片数量增蓟l o 以活，再增