太阳能吸附器中强化热传导性能地实验研究的

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3、下一篇太阳能吸附器中强化热传导性能的实验研究朱冬生 汪立军 康新宇 谭盈科(华南理工大学化工研究所，广州510641)王盛卫(香港理工大学屋宇设备工程学系)文 摘：针对太阳能吸附式制冷循环过程中，吸附剂热传导性能低的特点，研究采用高分子复合强化吸附剂提高其传热性能。发现少量导热高分子材料在吸附剂颗粒表面形成均匀连续的导热网，可使吸附剂的有效导热系数提高2—4倍，且吸附性能变化不大。关键词：太阳能，吸附制冷，吸附剂、强化热传导0引 言　近年来，法国、丹麦、美国和中国相继开发成功太阳能吸附式制冰机，利用吸附循环直接制取冰块［１—４］，其中

4、吸附器的热传导性能是研究焦点。由于吸附器兼有加热和冷却吸附剂(多孔介质)两种功能，除了吸附器本身要求有较高的热交换率外，还要求吸附剂也应有较高的热传导系数［５］。　　吸附剂为多孔介质材料，热传导性能低，如沸石原粉的有效导热系数在0.001—0.1Ｗ／ｍ·Ｋ之间。一些文献报道有关强化热传导的方法多为物理混合法，如采用石墨强化吸附剂的热传导［６］、将铝粉或铁粉混合于吸附剂颗粒中［７］，但这些导热系数高的石墨粉、铝粉和铁粉等混合于吸附剂中均为非连续相，为了不明显影响吸附性能。一般加入的比例较小，不能形成热传导高的连续相，因而总的有效导热系数提高不大。　　本文根据有关

5、报道，将高分子材料的合成技术［８］应用于吸附剂的强化热传导，试图在吸附剂颗粒表面形成一种网状高导热体，在颗粒自然堆积时，这种网状体便形成一种连续的导热网，以达到有效提高吸附床热传导系数的目的［８—１０］。1实 验1.1 导热高分子／沸石复合吸附剂粉末的合成　　在装有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中，投入定量的沸石粉和定量的盐酸溶液，启动搅拌，使体系成为均匀的悬浮液；然后将以定浓度的盐酸水溶液为溶剂，配置定量定浓度的苯胺液并加入烧瓶；最后把(ＮＨ４）２S２O８精彩文档实用标准文案盐酸溶液经滴液漏斗用5min时间滴加到上述体系中，在室温下进行聚合反应。数小时后，停止反

6、应。抽滤，用蒸馏水洗涤产物至滤液无色。产物经烘箱110℃下干燥24ｈ；研细后，再置真空烘箱110℃下干燥24ｈ。此产物即为聚苯胺／沸石复合吸附剂粉末。1.2 导热高分子／沸石复合吸附剂粉末导热系数的测定　　实验合成的复合吸附剂的导热系数采用稳态平板法进行测定，实验装置如图1所示。图1平板法测导热系数的实验装置　　测量粉末试样λ值的试样匣，其匣盖匣底均由高热导的紫铜制作，通过变压器调节红外加热灯的电压改变加热温度，用空气冷却，在厚度方向形成温差。匣的四周用低导热的陶瓷环做成并具有一定的强度，支撑上下两块铜板，使匣内的粉末试样保持自然堆积状态。为保证近似一维轴向导

7、热，选择的平板尺寸须满足ｄ／σ7（ｄ为匣直径，σ匣高)，并对匣的四周进一步用高保温材料保温。自然堆积状态的粉末试样厚度即匣高σ为5ｍｍ，匣的直径为75ｍｍ，符合ｄ／σ7的要求。　　通过热流计、热电偶分别测出热流率和温差。导热系数为λ＝σ×ｑ／ΔＴ式中，ｑ为热流密度，ΔT为样品两侧温差，λ为所测试样的导热系数。　　为了检查该装置的测量误差，用标准试样进行了标定。用比较法测得的最大误差｜Δλ／λ｜７％，说明用该装置测量的结果是可靠的。另外，用该装置测量导热性能较差的材料在较低温度下的导热性能尤为可靠方便。1.3 导热高分子／沸石复合物粉末-水吸附平衡曲线的测定　　

8、吸附剂的吸附能力常用吸附达到平衡时的吸附量来表示。图2精彩文档实用标准文案真空重量法测量等温吸附曲线装置其大小与吸附剂和吸附介质的性质、压力、温度等因素有关。这种复杂的关系可以通过实验和有关吸附理论进行实验数据回归得出经验式。吸附剂-吸附介质的等温吸附曲线采用真空重量法测量，实验装置如图2所示。　　用石英弹簧挂住样品篮，篮中吸附剂随吸附量的变化重量发生变化。石英弹簧的长度变化量可用离该装置一定距离的望远镜测高仪测定。所测的吸附量为相对吸附量：　　相对吸附量＝(平衡弹簧伸长量－加样品后真空状态下弹簧伸长量)／(加样品后真空状态下弹簧伸长量－加样品前弹簧伸长量)2

9、 实验结果和讨论2.1 有效导热系数　　吸附剂的导热系数是不断变化的，它与温度、含水量、堆积密度及其本身组成等有关。图3吸附剂导热系数与温度的变化关系图413ｘ原粉的吸附等温吸附曲线粉末状吸附剂自然堆积于空气中，其有效导热系数与温度的变化关系如图3所示。由该图可知，其导热系数随温度的升高而增大。采用吸附温度Ｔa为40℃、脱附温度Ｔg为150℃条件下的平均导热系数Ｋa来进行评价，其结果列于表1。表1吸附剂样品的平均导热系数样品号原粉１＃２＃３＃４＃５＃６＃７＃８＃９＃Ｋa（W／ｍ*K）0.0560.1620.2040.2350.1790.2460.1770.21

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