基于强化传质的太阳能吸附式制冷系统性能研究

【摘要】：开发利用清洁的太阳能资源能有效应对全球气候变化、环境污染,调整能源结构和经济结构。太阳能吸附式制冷具有结构简单、对环境友好、可有效利用低品位热源等优点。该制冷技术完全符合可持续发展的要求,并在现代制冷领域中受到越来越广泛的重视。在多年的研究中,其研究大多集中在吸附工质对材料性能提升、系统主要部件优化及系统不同的供能方式上。而少有在吸附式制冷系统的传质上或对吸附式制冷系统进行强化传质方面的研究或尝试。针对这一不足,文本提出和构建了基于强化传质的太阳能吸附式制冷系统,并对系统性能进行了研究。本文的主要工作内容如下:1、设计了一套由吸附集热床、冷凝器、蒸发器、管道泵等组成的强化传质作用下的太阳能吸附式制冷系统的实验平台,完成了系统的匹配和运行调试。在此过程中,特别分析了管道泵的选取、运行特点及安装等。2、基于太阳能吸附式制冷的基本数学模型、相关理论及管道泵的运行特性,分析并得出了系统在强化传质作用下理论解吸量的计算公式,该公式可为后续系统实验性能分析提供一定的指导和帮助。3、搭建了可向本太阳能吸附式制冷实验系统平台提供辐射热能的模拟光源。该模拟光源由10盏500W的石英碘钨灯构成。石英碘钨灯的光谱与太阳光谱较为接近,可较为真实的模拟太阳光。4、在模拟环境下,对本系统在强化传质下的制冷性能和自然传质下的制冷性能进行了实验测试和对比分析。实验中,采用模拟光源为本吸附式制冷系统提供辐射热能,管道泵所需电能暂由市电提供。实验结果表明:在同等辐射能输入条件下,系统在强化传质模式下的制冷效率比在自然传质模式下的制冷效率有明显提高,效率最大可提高58.0%,且强化传质模式下系统的制冷性能较为稳定,能量利用率高。此外,强化传质模式下的系统还解决了自然传质模式中不可避免的间隙制冷问题。本文提出了太阳能吸附式制冷优化研究的新方向,其主要是研究强化传质作用对传统太阳能吸附式制冷系统的制冷效率及性能的提升问题。研究结果可为太阳能吸附制冷系统的优化设计提供新的思路。 【关键词】：太阳能 吸附制冷 强化传质 制冷效率 实验研究
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 符号说明9-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的背景及意义10-15
• 1.1.1 能源现状及环境问题10-11
• 1.1.2 太阳能制冷的可行性及优势11-15
• 1.2 太阳能吸附制冷的发展历程及国内外研究现状15-22
• 1.2.1 发展历程15
• 1.2.2 国内外研究现状15-22
• 1.3 本文的主要研究内容22
• 1.4 本章小结22-23
• 第2章 强化传质的太阳能吸附式制冷系统设计23-37
• 2.1 太阳能吸附式制冷的基本工作原理23-25
• 2.2 传统太阳能吸附式系统存在的不足25-26
• 2.3 系统中主要部件的设计26-30
• 2.3.1 吸附集热床结构设计27-28
• 2.3.2 冷凝器结构设计28-29
• 2.3.3 蒸发器结构设计29-30
• 2.4 强化传质部件-管道泵的研究30-32
• 2.4.1 管道泵的选型31-32
• 2.4.2 管道泵的技术参数及运行特点32
• 2.4.3 管道泵的安装32
• 2.5 强化传质系统实验平台的构建32-36
• 2.5.1 吸附工质对选择32-33
• 2.5.2 系统实验平台的搭建33-34
• 2.5.3 实验平台的检测及测试仪器配置34-35
• 2.5.4 相关实验仪器描述35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 太阳能吸附式制冷理论及技术基础37-44
• 3.1 太阳能吸附式制冷的理论基础37-40
• 3.1.1 吸附床传热过程模型37-38
• 3.1.2 冷凝器、蒸发器动态模型[54]38-39
• 3.1.3 传质过程模型39-40
• 3.1.4 系统饱和蒸汽压40
• 3.2 系统解吸理论模型40-42
• 3.2.1 制冷剂蒸汽密度40-41
• 3.2.2 管道泵的工作流量与压强的关系41-42
• 3.2.3 管道泵工作时产生的制冷剂解吸量42
• 3.3 制冷系统相关性能指标42-43
• 3.3.1 吸附床集热效率42
• 3.3.2 蒸发器效率42-43
• 3.3.3 系统制冷效率43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 强化传质作用下系统的实验性能研究44-65
• 4.1 模拟环境下实验平台的工作方式44-46
• 4.1.1 模拟光源的构建44-45
• 4.1.2 两种工作模式的描述45-46
• 4.2 能量输入的分析及计算46-48
• 4.2.1 不同加热时长下吸附床温度变化关系46-47
• 4.2.2 吸附床接收能量的计算47-48
• 4.3 实验结果与分析48-58
• 4.3.1 吸附床温度变化随时间的关系48-52
• 4.3.2 系统内压强随时间的关系52-55
• 4.3.3 解吸阶段冷凝器中水温随时间的关系55-56
• 4.3.4 水/冰温度随时间的关系56-58
• 4.4 系统COP的分析58-62
• 4.4.1 实验数据整理58-59
• 4.4.2 系统COP与接收能量的关系59-60
• 4.4.3 系统COP的变化回归分析60-62
• 4.5 系统传质效果的分析62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第5章 总结与展望65-68
• 5.1 工作总结65-66
• 5.2 主要创新点66-67
• 5.3 工作展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文、专利及参与课题情况71-73
• 致谢73

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