太阳能连续式固体吸附制冷机设计与关键部件传热数值模拟

【摘要】：环境与能源问题是当今世界发展面临的两大问题。世界范围内,由最客观、最直接的层 面来看,社会、经济的发展是以工程技术的开发应用推动实现的。在满足环境保护的需要的 基础上满足现实客观世界发展的需求,是工程技术开发应用必须考虑的根本出发点。节约能 源及开发应用清洁环保型能源,是工程技术的能源利用的方向。 在制冷技术领域,进行环保节能型制冷技术的研究、开发、应用,是研究开发的基本出 发点与重要方向,亦为国内外制冷技术发展的当前潮流与趋势。由此,本论文进行太阳能驱 动连续式吸附制冷机的设计,并进行相应关键部件吸附床的数值模拟计算。连续式吸附制冷 机的应用可拓宽间歇式吸附制冷机的应用范围,虽然存在经济性、稳定性等问题,但经过技 术、理论的积累与发展,开发其优势,并应用太阳能等清洁能源,可大规模应用于建筑空调 制冷等广泛领域。这些领域现阶段应用的大都是高比例能耗,并对环境造成危害的能源形式。 吸附式制冷为热量驱动的制冷形式,其驱动热源的温度要求不太高,可利用余热及太阳能等 清洁、节能型能源,为较理想的环保节能型制冷技术形式。太阳能为无资源成本、环保型的 能源,在需要空调制冷的炎热季节,又恰是太阳能资源最佳季节,这两个特点决定了太阳能 驱动吸附制冷的优势。吸附制冷的间歇性限制了其应用范围,研究开发连续式太阳能驱动连 续式吸附制冷技术,其大规模应用成为可能,具有相当的环保节能意义。 本论文以系统分析与集成的方法,由吸附循环的基本理论分析出发,设计形成了满足连 续供冷要求的吸附制冷机的连续制冷效应,及制冷机各系统。由系统分析及集成的方法进行 设计,更清晰、全面、完整、连贯。对制冷机运行的工况进行了详尽的分析,据此设计由阀 门启闭控制的自控系统,以实现制冷机连续制冷的运行。由对制冷机运行相应的吸附循环的 详细分析,设计形成制冷机各系统的运行方式、系统组成、设备管路的型式选定,算式的确 定等。在此基础上,进一步的工作,即可进行具体的设计计算、图纸绘制及样机制作。 文中对连续式吸附制冷机关键部件吸附床的温度、压力参数分布及其动态变化进行了模 拟计算。给出了各阶段差分形式的传热方程组的详尽的算法分析,及编制求解相应阶段吸附 床的温度、压力参数动态分布数值解的FORTRAN语言程序的详细方法,由此编制的数值 计算程序,可作为通用程序应用。实际计算时,适当调试,可得数值解。各阶段传热方程组 的建立,由对吸附床进行详细的传热分析形成,并采用符合实际的第一类边界条件。由最简 差分模式建立差分形式的边界条件方程式并推广到一般情形更清晰、简便。模拟计算部分为 按制冷机设计进行数值模拟,不是检验装置性能的模拟计算。制冷机的实际运行是由完整循 环进行,不是仅运行某一阶段,所以本论文依据确定设计参数后的制冷机循环,建立完整循 环各个阶段的传热方程组。完整循环各个阶段的传热方程组是符合制冷机运行实际的。并由 各个阶段的传热方程组进行的模拟计算结果,作为设计调整、优化的依据。对制冷机循环的 传热学,热力学分析建立理论上系统、完整反映吸附床温度、压力动态变化的数学模型。吸 附制冷机的设计要求对吸附机系统的运行各阶段的复杂多变系统状况全面深入地认识,论文 对吸附床各阶段的温度、压力变化进行了详细分析,并依循环确定了吸附制冷机的设计要求 的各状态点的设计参数。 本论文对实际应用的吸附式制冷的主要问题均有涉及,模拟计算与吸附机设计力图详尽 细致,层层叠进,对于相似的其它形式的吸附制冷形式,及其涉及能量转换的工程应用问题, 有普遍参考意义。 【关键词】：太阳能 连续式吸附制冷机 数值模拟
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TB651
【目录】：

• 独创性声明2-3
• 目录3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 1 太阳能应用与三热源制冷机7-8
• 2 吸附式制冷的基本循环分析及连续机设计应用的基本理论8-11
• 3 吸附床传热模型及传热模拟计算差分模型11-13
• 4 传热计算模型形成的吸附床温度场及压力分布分析13-14
• 5 吸附床温度、压力参数模拟计算的两个温度模型14-15
• 6 传热模拟计算差分模型及其网格划分15-16
• 7 太阳热水对吸附床的传热分析及计算16-22
• 8 由温度模型1的循环各阶段吸附床均一温度T_(bed)(τ)的拟合22-40
• 9 吸附制冷机内各阶段温度及压力等参数变化的详细分析40-44
• 10 吸附床循环各点设计参数的确定44-46
• 11 吸附及脱附阶段导热微分方程内热源的确定46-53
• 12 吸附式制冷机运行吸附床各阶段传热方程组的一般形式53-62
• 13 连续式吸附制冷机运行各阶段传热方程组的差分62-75
• 14 连续式吸附制冷机运行各阶段的差分形式的传热方程组75-76
• 15 连续式吸附制冷机运行各阶段的差分传热方程组的算法分析76-98
• 16 吸附床温度与压力动态分布的FORTRAN程序编制98-104
• 17 吸附式制冷供冷的连续性及其实现104-106
• 18 连续式吸附制冷机各系统的形成与设计106-107
• 19 热量系统的形成与设计107-111
• 20 制冷系统的形成与设计111-112
• 21 用冷系统的形成与设计112
• 22 太阳能驱动连续式吸附制冷机总系统及总系统运行工况分析112-117
• 参考文献117-119
• 致谢119

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