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太阳能固体吸附式制冰系统的优化与实验研究

作　者: 龙新峰
导　师: 谭盈科
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 太阳能吸附工质对活性炭-甲醇吸附式制冷吸附式冰箱甲醇分解长期性能性能动态分解制冷系统优化
分类号: TB65
类　型: 博士论文
年　份: 1998年
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内容摘要

制冷剂CFCs和HCFCs逐渐被停止使用，使得相应的替代制冷系统必须开发出来。吸着式系统，尤其是吸附式系统，因其在低品位能源利用和环境保护方面的显著优势，被认为是一种很好的替代制冷系统。在太阳能吸附式制冷系统中，活性炭-甲醇制冰系统的热力系数较高，且具有结构简单、操作方便等优点，而成为偏远山区、牧区等缺电地区在农副产品、食品、药品等方面的冷藏，尤其是疫苗的运输、冷冻贮藏的首选技术之一。本文对太阳能活性炭-甲醇间歇吸附式制冷系统作了较为全面广泛而细致的实验与理论研究工作。对吸附式制冷循环的全过程进行了详细的热力学研究。建立了制冷循环中系统各部件的能量控制方程。同时，还发展了几个重要理论在本文研究中的应用形式。吸附剂-制冷剂的吸附性能对系统制冷性能(COP值)有较大的影响，选择好适用于不同制冷目的(如制冰、空调等)的工质对是关健。因此，第四章总结了前人在吸附工质对研究上的成果与经验，首次对吸附工质对的选择提出了全面而详细的定性原则，对表征工质对的物化参量进行理论分析从而得出了选择工质对的定量原则，得出了吸附剂各物化参数、结构参数等与系统性能的关系。该章应用所编Visual Basic理论循环COP模拟程序，分析了工质对的各性能参数、结构参数、操作条件等对系统制冷性能的影响。同时，为了获得分析真实系统运行性能及长期性能的实验基础，对样机所采用的活性炭207E4-甲醇的吸附性能做了测试。并测试了甲醇热分热模拟实验中用过的活性炭对甲醇的吸附性能变化，试图从中得出甲醇热分解后系统长期性能下降的机理。在吸附性能实验中，还实践了一种简洁的方法以强化活性炭的传质、吸附，以提高系统的制冰能力。首次对太阳能制冷系统在商业化进程中出现的长期性能下降问题进行了实验与理论分析。对甲醇在活性炭微孔表面的热分解进行了理论及试验研究，得出了甲醇热分解可能的分解机理，采用分析化学中常用的质谱、色谱技术测定了甲醇的热分解产物及热分解速率，优选了一种最适合于吸附器结构材料的金属。对有不良气体存在的系统的制冷热力学循环进行了分析，建立了不良气体存在时，系统循环COP的计算模型，利用所建COP模型对系统的长期性能变化进行了分析并对系统寿命进行了评估，在此基础上提出了解决系统长期性能下降简便而有效的途径。建立了一个描述制冷循环全过程的2维非稳态物理数学模型，该模型对真实系统及自然气象条件作了广泛的考虑。数学模型中包括气象模型、传热系数、热损系数等的处理。引入了线性推动力方程以解释颗粒内的传质阻力，这

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
符号表  7-13
第一章绪论  13-15
第二章文献综述  15-30
  2.1 太阳能制冷引言  15-16
  2.2 吸附工质对的选择  16-18
  2.3 样机的实验研究与测试  18-20
  2.4 吸附式制冷理论研究  20-22
    2.4.1 工质对的吸附性能  20-21
    2.4.2 制冷循环中的传热与传质  21-22
    2.4.3 吸附制冷循环系数COP的研究  22
  2.5 系统性能的动态分析与预测模型  22-23
  2.6 吸附式制冷系统中强化传热传质研究  23-27
    2.6.1 吸附床层的物化处理  23-25
    2.6.2 结构法强化传热研究  25-27
  2.7 本章小节  27-30
第三章吸附式制冷循环热力学研究  30-38
  3.1 相关理论的应用  30-33
    3.1.1 DUBININ-ASTAKHOV方程  30-31
    3.1.2 CLAPEYRON-CLAUSIUS方程的应用  31-33
  3.2 理论制冷循环热力学分析  33-36
    3.2.1 等容加热阶段  33-34
    3.2.2 等压加热阶段  34
    3.2.3 等容冷却阶段  34-35
    3.2.4 吸附制冷阶段  35-36
  3.3 冰柜热力学分析  36-38
第四章吸附工质对的研究与分析  38-54
  4.1 引言  38-39
  4.2 选择工质的一般定性原则  39-40
  4.3 选择吸附工质对的定量分析  40-43
  4.4 系统理论COP的模拟与讨论  43-47
  4.5 吸附剂吸附特性的实验研究  47-52
    4.5.1 实验原理  47
    4.5.2 实验装置与设备  47-48
    4.5.3 测试过程  48
    4.5.4 实验测定结果及数据处理与分析  48-51
    4.5.5 样品的理论COP值  51-52
  4.6 数据处理与表达的一些讨论  52-54
第五章系统长期性能的实验与理论研究  54-72
  5.1 引言  54
  5.2 甲醇热分解速率实验研究  54-64
    5.2.1 甲醇热分解机理  54-56
    5.2.2 模拟实验装置  56-57
    5.2.3 实验原理及步骤  57-58
    5.2.4 实验数据处理  58-59
    5.2.5 实验结果分析  59-64
  5.3 系统长期性能分析  64-70
    5.3.1 不良气体对吸附热力学循环的影响  64-66
    5.3.2 不良气体存在时的理论循环COP  66-69
    5.3.3 有不良气体时的COP模拟计算结果讨论  69-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章吸附式制冰系统性能瞬态分析  72-107
  6.1 引言  72-73
  6.2 物理模型  73-74
  6.3 数学模型  74-80
    6.3.1 吸附器  75-78
    6.3.2 集热器隔热层  78-79
    6.3.3 玻璃层及冷却空气  79
    6.3.4 储液器／蒸发器  79-80
  6.4 数学模型中各参数的确定  80-84
    6.4.1 气象模型  80
    6.4.2 吸附器表面净热通量  80-81
    6.4.3 对流辐射传热系数  81-82
    6.4.4 吸附层微元间的传热系数  82-83
    6.4.5 工质对特性  83
    6.4.6 其它参数  83-84
  6.5 传热传质模型的数值方法求解  84-86
    6.5.1 方程的离散  84-85
    6.5.2 数值计算方法  85-86
  6.6 计算模型的实验校正与验证  86-91
    6.6.1 吸附式冰箱的实验研究  86-87
    6.6.2 实验装置的调试  87
    6.6.3 实验操作过程  87-88
    6.6.4 实验数据的采集与处理  88-89
    6.6.5 理论模型的实验修正  89-90
    6.6.6 理论模型的实验验证  90-91
  6.7 系统的动态模拟与瞬态分析  91-107
    6.7.1 吸附床中的传热与传质  91-95
    6.7.2 实际无阀制冷循环  95-97
    6.7.3 系统性能瞬态分析  97-99
    6.7.4 系统性能的参数分析与优化  99-105
    6.7.5 系统长期性能预测与寿命评价  105-107
第七章制冷样机的优化设计与测试  107-117
  7.1 引言  107-108
  7.2 设计与制造  108-113
    7.2.1 设计用理想制冷循环  108-109
    7.2.2 组成部件设计  109-112
    7.2.3 制冰系统组装  112-113
  7.3 新样机的测试与讨论  113-116
    7.3.1 测试及测试设备  113-114
    7.3.2 测试结果与分析  114-116
  7.4 本章小节  116-117
结论与建议  117-121
致谢  121-122
参考文献  122-128
符录  128

太阳能固体吸附式制冰系统的优化与实验研究

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