固体吸附式制冷系统中吸附床传热过程的数值模拟研究

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固体吸附式制冷是一种环境友好型制冷方式,它能够有效地利用太阳能和工业废热等低品位能源,受到了国内外越来越多的重视。它具有结构简单、无运动部件、无噪音、抗震性好等优点,具有广泛的应用前景和价值。 吸附床是吸附式制冷系统中的关键部件,其内充填着固体吸附剂,吸附剂内部有制冷剂流动,制冷剂本身又存在气—液相变的问题,这是一个相当复杂的传热传质问题。而目前对床层传热过程的研究大部分都采用自编程序进行计算,其通用性较差,不利于吸附床的优化设计。本文首次利用FLUENT软件模拟吸附床层温度。在模拟中,采取由简到繁的思路,先对只有一个传热管的吸附床进行模拟,然后再对整个吸附床进行模拟。本论文的主要工作和成果如下: 1.针对吸附床内制冷剂在解吸过程中存在着气—液相变问题,考虑相变对床层温度的影响,使用UDF,编写C语言源程序,加载到FLUENT中,扩展了FLUENT软件中只有凝固和融化相变模型的功能。 2.通过模拟得到床层温度分布及其各点温度随时间的变化情况,并分析参数变化对床层温度分布的影响。结果表明,吸附剂的物性参数对床层温度分布影响显著;换热流体流速、温度和床层初始温度对床层温度影响不大,但影响换热效率和传热速率。在径向上床层温度存在着较大的温度梯度,但在轴向上温度分布比较均匀。 3.当吸附床换热面积和填充量分别一定时,改变换热管的直径、数目和床层参数,计算得到采用小直径换热管的吸附床,不仅可以增大换热面积,而且能增加吸附剂填充量。并且对不同结构进行模拟,结果表明,管数越多,同一时刻床层横截面上平均温度越高,床层温度上升越快,分布越均匀。 4.根据前面的参数分析和模拟结果,对原来的吸附床结构进行了改进,采用小直径的管子作为传热管和传质管,与原结构相比,其填充量变化不大,而换热面积却显著增加,缩短了循环周期,提高了制冷效率。 本文研究了吸附床结构及物性参数对床层传热过程的影响,为固体吸附式制冷的深入研究提供了基础数据和理论依据,同时也为吸附床的优化设计打下基础。
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