真空集热管—水冷型太阳能吸附制冷的性能研究

【摘要】： 本文针对目前太阳能固体吸附式制冷系统中吸附集热床在解吸阶段集热效率不高和在吸附阶段散热效果不理想的状况,以及针对太阳能固体吸附制冷系统循环的间歇性,本文提出了一种新型吸附集热器:真空集热管—水冷型吸附集热器,以活性炭纤维—甲醇为工质对实现连续制冷循环方式,并对其进行了相关的性能实验和数值模拟计算。 论文首先根据系统的设计工况,设计了真空集热管吸附床、蒸发器、冷凝器、储液室和节流装置。吸附床是吸附制冷系统的核心,本文以活性炭纤维—甲醇为工质对,建立了吸附床非动态平衡吸附传热传质数学模型,以南京夏季典型一天中的辐射强度和环境温度为条件,模拟计算了吸附床在通水冷却和自然冷却两种状态下,吸附床内各点压力、温度、吸附率、吸附总量及真空管和冷却水管壁温随时间变化关系。在此基础上分析了吸附床的导热系数、真空管管径、冷却水管侧的对流换热系数对系统COP的影响。研究表明:导热系数增加,系统COP增大;对流换热系数h小于500 W / m2?K时,对流换热系数增加,系统COP增大,当h大于500 W / m2?K时,对流换热系数增加,系统COP基本不变;随着管径的增加,系统COP先增大后减小,当管径D=80mm时,系统COP达到最大值。 对以真空集热管—水冷型为吸附床的制冷系统,本文进行了三方面的实验研究:一是,吸附床自然冷却下的间歇式制冷;二是,吸附床通水冷却下的间歇式制冷;三是,吸附床通水冷却下的连续循环制冷。对不同状态下测得的吸附床压力、吸附床温度、真空管壁面温度、冷却水管壁面温度、冷凝器温度、储液室温度、蒸发器内冷媒水温度和系统制冷功率、制冷系数COP进行了研究分析。实验表明,连续循环的制冷系数比间歇式制冷高出6%～24%。把吸附床内温度的实验结果和数值结果进行了比较,验证了所建立模型的正确性。 【关键词】：太阳能 真空管 吸附制冷 数值模拟 连续循环
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK511.3
【目录】：

• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13
• 1.2 吸附制冷技术的原理13-16
• 1.2.1 吸附概念14-15
• 1.2.2 固体吸附制冷原理15-16
• 1.3 太阳能固体吸附制冷的国内外研究现状16-23
• 1.3.1 吸附工质对的研究16-19
• 1.3.2 吸附集热床19-20
• 1.3.3 吸附床传热传质强化技术的研究20-22
• 1.3.4 循环方式22-23
• 1.3.5 太阳能吸附制冷的研制样机成果23
• 1.4 本文研究主要内容23-24
• 1.5 论文的创新点24-25
• 第二章 太阳能吸附制冷系统设计25-35
• 2.1 集热/吸附床的设计25-26
• 2.1.1 引言25-26
• 2.1.2 吸附床的结构设计26
• 2.2 冷凝器的设计26-30
• 2.3 蒸发器的设计30-32
• 2.4 储液装置的设计32
• 2.5 节流机构的设计32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 太阳能真空管吸附集热床性能数值模拟分析35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 数学模型35-41
• 3.2.1 微分方程组35-38
• 3.2.2 初始和边界条件38
• 3.2.3 方程离散化与数值求解38-40
• 3.2.4 求解过程40-41
• 3.3 数值结果及分析41-51
• 3.3.1 有冷却水循环系统41-43
• 3.3.2 无冷却水循环系统43-45
• 3.3.3 系统各参数对温度场、浓度场和系统COP 的影响45-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 真空管—水冷型太阳能吸附集热床的实验测试51-65
• 4.1 实验装置51-53
• 4.2 实验步骤53-54
• 4.3 数据处理和结果分析54-63
• 4.3.1 无冷却水间歇式循环系统54-56
• 4.3.2 通冷却水冷却间歇式循环系统56-58
• 4.3.3 通冷却水连续循环系统58-61
• 4.3.4 制冷量和制冷系数61
• 4.3.5 系统制冷系数分析61-63
• 4.4 模拟和实验结果的比较63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 对研究工作的总结65-66
• 5.2 对研究工作的展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 作者攻读硕士学位期间发表论文74

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