太阳能吸附式制冷吸附床的数值模拟研究

【摘要】： 随着经济的发展、能源需求日益旺盛,能源危机与环境问题已成为世界关注的焦点,因此开发利用可再生能源具有重要的现实意义。太阳能吸附式制冷作为一种绿色节能技术,为能源与环保提供了一种有效的链接。目前,太阳能吸附式制冷的研究已取得了阶段性成果,但一直未能投入到大规模的实际应用,主要原因是其运行周期长,制冷系数低,成本较高,且一般均为间歇性运行,不能连续制冷。本文综合比较国内外太阳能吸附式制冷的研究现状,确定了以活性碳-甲醇作为吸附工质对。本文针对太阳能吸附式制冷的核心部件——吸附床进行数值模拟计算,通过对比分析,优化的吸附床模型,具体内容包括: 运用多孔介质的传热传质理论对吸附床的传递过程进行分析与简化,确立吸附床传热数学物理模型。在此基础上对吸附床内部传热管道采取不同布置形式,以考察这些传热管道所在位置对制冷效果的影响。 利用Matlab软件模拟计算普通吸附床全天的温度、压力、吸附量、单位质量的吸附剂的制冷量(SCP)随时间的变化情况,计算结果表明:采用普通吸附床的制冷系统最高SCP值与太阳能辐射强度最强点没有出现在同一时刻,峰值点对应的时刻滞后于太阳能辐射最强点。通过比较吸附床在等容、等压情况下系统SCP的变化情况,得出等容过程优于等压过程。 利用Matlab中的数学工具箱对简化吸附模型进行合理的网格划分,采用隐式差分格式对数学模型中的控制方程进行了离散化处理,数值求解得到吸附床的合理厚度;同时模拟出传热管位置对吸附床吸附、脱附能力的影响,进一步模拟计算出传热管在吸附床中的最佳位置。传热管倾角为0.25rad时系统SCP值最高。根据计算结果,选择相应配套设备,它们共同构成一个改进的吸附式制冷循环。 【关键词】：活性炭-甲醇 吸附式制冷 数值模拟 SCP
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 物理量名称及符号表6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景与研究意义10-11
• 1.2 太阳能吸附式制冷的研究现状11-21
• 1.2.1 吸附式制冷原理11-16
• 1.2.2 吸附式制冷的发展历史16-19
• 1.2.3 太阳能吸附式制冷的研究现状19-20
• 1.2.4 吸附式制冷的数值模拟20-21
• 1.3 太阳能吸附式制冷有待改进的地方21
• 1.4 本课题的研究内容及方法21-24
• 第2章 吸附床模型的建立24-36
• 2.1 普通吸附床传热与传质问题分析24-25
• 2.1.1 传热问题24-25
• 2.1.2 传质问题25
• 2.2 吸附床模型设计与优化25-28
• 2.3 太阳能吸附式制冷吸附床的数学模型建立28-32
• 2.3.1 吸附脱附平衡方程的建立28-30
• 2.3.2 吸附床的能量方程30-32
• 2.3.3 流体的连续性方程32
• 2.3.4 动量守恒方程32
• 2.4 制冷量的计算32-33
• 2.5 吸附床模型的边界与初始条件33-34
• 2.5.1 普通吸附床模型的边界条件与初始条件33
• 2.5.2 优化吸附床模型的边界条件与初始条件33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 普通吸附床的模拟计算36-52
• 3.1 Matlab 软件介绍36-39
• 3.2 北京地区太阳能分布情况39-40
• 3.3 太阳能平板集热器的模拟计算40-41
• 3.4 普通吸附床的计算41-47
• 3.4.1 普通吸附床的能量平衡41-42
• 3.4.2 普通吸附床模拟计算42-47
• 3.5 普通吸附床厚度问题47-50
• 3.5.1 吸附床温度分布47-48
• 3.5.2 普通吸附床厚度与SCP 的关系48-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 太阳能分离式吸附床模拟与优化52-76
• 4.1 优化吸附厚度的选择52-58
• 4.2 吸附床传热管的位置计算58-65
• 4.2.1 传热管在不同位置的时吸附床温度分布58-62
• 4.2.2 传热管在不同位置时状态参数随时间的变化62-64
• 4.2.3 SCP 与传热管的位置关系64-65
• 4.3 改变传热管倾斜角度对吸附床的影响65-72
• 4.4 设备选择72-73
• 4.4.1 冷凝器的选择72-73
• 4.4.2 蒸发器的选型计算73
• 4.4.3 选择吸附床参数73
• 4.5 本章小结73-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文82-84
• 致谢84

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