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化学吸附式制冷的实验与理论研究

作　者: 陈砺
导　师: 谭盈科
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 化学吸附制冷工质对性能系数强化传热传质
分类号: TB66
类　型: 博士论文
年　份: 1999年
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内容摘要

吸附式制冷是一种环境友好的绿色制冷技术，在低品位能源利用和环境保护方面有着显著的优势，被认为是21世纪替代CFCs压缩式制冷的首选技术之一。选择合适的吸附剂—致冷剂工质对是吸附式制冷的关键。以无机盐为吸附剂、氨为致冷剂组成的化学吸附式制冷工质对，具有制冷量大、操作条件佳的等一系列优点，有着广阔的发展前景。本文首次对四个碱土金属氯化物：MgCl₂、CaCl₂、SrCl₂、BaCl₂对氨的吸附性能进行了较为全面和深入的实验与理论研究，证明了吸附现象的存在，筛选出有应用前景的CaCl₂—NH₃、SrCl₂—NH₃工质对并拟合出吸附等温方程。在实验范围内，CaCl₂和SrCl₂对NH₃的最大吸附量分别达到6.4mol／mol和8.1mol／mol，制冷性能和工程性能亦较优。本文提出用吸附势能理论对吸附等温线中出现的“吸附平台”现象进行解释的新构思，从能量的角度分析了温度、压力变化对气固两相分子运动、弹性碰撞、非弹性碰撞和俘获以及物理吸附、化学吸附和解吸的影响，结果表明，温度是过程的控制因素。理论分析结果较好地描述了实验现象。通过对CaCl₂—NH₂、SrCl₂—NH₃工质对的化学吸附式制冷基础性能及其影响因素的实验和理论研究，表明在同等操作条件下，以上工质对单位质量吸附剂的制冷量远高于活性炭—甲醇。在热源温度为100℃时，本文所用工质对的制冷量是活性炭—甲醇的3.2～6.6倍，所需体积仅为活性炭的9％。以上工作在国内外均未见报道。本文建立了化学吸附式制冷装置的吸附／解吸过程动态模型，编写了能自动调整时间步长、保证离散化计算收敛的计算机动态模拟程序，实验与理论模拟结果趋于一致。本文研制出的正压吸附平衡实验设备，解决了设备强度与可视性的矛盾；而超薄环状吸附床在防止化学吸附剂膨胀、传热传质过程强化方面显示出良好的性能。以热力学第一、第二定律为依据，结合热经济学原理提出了吸附式

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-13
物理量名称及符号表  13-17
第一章绪论  17-34
  1.1 前言  17-19
  1.2 吸附式制冷技术及原理  19-22
  1.3 吸附式制冷研究工作进展  22-31
    1.3.1 吸附式制冷工质对  22-26
    1.3.2 传热传质强化  26-29
    1.3.3 吸附式制冷过程的理论分析及模拟  29-30
    1.3.4 吸附式制冷机部件的优化设计  30-31
  1.4 优势、存在问题及展望  31-32
  1.5 研究内容及目标  32-34
第二章氨吸附特性的实验研究  34-53
  2.1 引言  34-36
  2.2 吸附等温线的实验测定方法  36-40
    2.2.1 实验原理  36
    2.2.2 实验装置  36-40
    2.2.3 实验步骤  40
  2.3 碱土金属氯化物对NH_3的吸附平衡  40-45
    2.3.1 MgCl_2-NH_3吸附等温线  40-41
    2.3.2 CaCl_2-NH_3吸附等温线  41-43
    2.3.3 SrCl_2-NH_3吸附等温线  43-44
    2.3.4 BaCl_2-NH_3吸附等温线  44-45
  2.4 活性炭—NH_3吸附平衡  45-49
  2.5 混合吸附剂—NH_3吸附等温线  49
  2.6 吸附速率  49-50
  2.7 本章小结  50-53
第三章化学吸附过程的机理分析  53-79
  3.1 引言  53
  3.2 吸附过程的化学反应  53-61
  3.3 化学吸附过程的机理分析  61-77
    3.3.1 宏观动力学分析  62-66
    3.3.2 本征动力学分析  66-77
  3.4 本章小结  77-79
第四章化学吸附工质对吸附制冷性能的实验研究  79-95
  4.1 引言  79
  4.2 实验装置  79-83
  4.3 实验原理及步骤  83-85
    4.3.1 吸附剂制备、装填及致冷剂灌注  83-84
    4.3.2 实验步骤  84
    4.3.3 数据处理  84-85
  4.4 制冷实验结果及分析  85-93
    4.4.1 热源温度对制冷量的影响  85-87
    4.4.2 吸附速率  87-91
    4.4.3 解吸速率  91-93
  4.5 高效吸附床性能  93-94
  4.6 本章小结  94-95
第五章化学吸附式制冷传热传质模型  95-107
  5.1 引言  95-96
  5.2 基本假设  96-97
    5.2.1 吸附床结构参数  96-97
    5.2.2 模型的基本假设  97
  5.3 模型的建立  97-100
    5.3.1 床层径向导热模型  97-98
    5.3.2 吸附器壁面模型  98-99
    5.3.3 方程的无因次化  99-100
  5.4 模型的离散化  100-101
  5.5 模型的数值求解  101
  5.6 结果分析  101-106
  5.7 本章小结  106-107
第六章吸附式制冷热力学分析  107-127
  6.1 引言  107
  6.2 化学吸附式制冷过程的热力循环及数学模型  107-112
  6.3 制冷系数COP  112-117
  6.4 有效能分析  117-121
  6.5 耦合热力循环  121-123
  6.6 吸附式制冷经济性评价  123-124
  6.7 本章小结  124-127
结论  127-131
参考文献  131-139
攻读学位期间发表的论文  139-140
致谢  140

化学吸附式制冷的实验与理论研究

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