翅片管式硅胶水吸附床优化设计

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1、翅片管式硅胶-水吸附床优化设计周毅李炳熙高晓燕付忠斌(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要通过建立非均匀压力场，非均匀温度场模型，对硅胶-水为工质对的翅片管式吸附床制冷循环过程进行数值模拟。结果表明当蒸发温度为283K时，翅片间距Z0在0.5~1.0mm，翅片高度L0在15~21mm之间，吸附床单位体积制冷功率最大。同时对制冷剂蒸发温度分别为281K、283K和285K时的传热传质进行了比较，得出了不同蒸发压力下蒸发温度对翅片高度优化结果的影响。关键词非均匀压力场模型硅胶-水翅片管优化设计蒸发温度OPTIMIZEDDESIGNOFAFINNEDTUB

2、EADSORBERINAWATER-SILICAGELSYSTEMZhouYiLiBingxiGaoXiaoyanFuZhongbin(SchoolofEnergyScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)AbstractInordertooptimizethefinlengthandfinpitchoffinnedtubeadsorber,anon-uniformtemperatureandnon-uniformpressuredynamicmodelisdeveloped.Thenum

3、ericalresultsindicatethatundertheevaporatingtemperatureof283k,whenthefinpitchis0.5~1.0mmandfinlengthis15~21mm,coolingcapacitypervolumeismaxim.Further,theeffectsofdifferentevaporatingtemperatures(281k,283k,285k)onheatandmasstransferabilityoftheadsorptionbedandtheoptimizationvalueoffinlengt

4、harestudied.KeywordsNon-uniformpressuremodelsilicagel-waterFinnedtubeadsorberOptimization0前言大的翅片间距和翅片高度值，为下一步吸附床的搭建提供依据。硅胶-水吸附式制冷系统作为理想的利用低于100℃的低温热源驱动的获取冷量的方式，在太阳能1模型介绍以及工业废热利用方面具有广阔的前景，已经成为[1-3]图1给出了单根翅片管结构，图2为翅片管上国内外研究的热点。目前影响硅胶-水吸附式制[4]单个翅片的示意图，图中所示的计算区域范围为冷系统大规模推广的因素，主要有以下两点：1、硅胶导热性能

5、差。2、制冷剂的传质阻力大。上述两0≤L≤L0，0≤Z≤Z0/2。图3给出吸附床翅片管排布的点造成硅胶-水吸附式制冷系统与传统获取冷量的方截面图，图a为整体布置图，图b为单个翅片所需式相比，占用空间大，COP（制冷性能系数）低。的必要面积的截面图。单根翅片管必要面积S计算本文通过建立非均匀压力场，非均匀温度场模公式如下：2型，对于不同翅片高度和翅片间距情况进行数值模S=(L0+R0+0.003)(1-1)拟，从而得到占用体积最小，单位体积功率密度最本文采用的吸附工质对为硅胶-水。吸附过程：制冷剂蒸气穿过不锈钢丝网，发生吸附作用，制冷作者简介：周毅，（1986-），男，硕士

6、研究生剂蒸气压力下降，同时吸附热导致硅胶温度上升，翅片管内流动的冷却介质带走吸附过程产生的热量。解吸过程：吸附剂温度升高，发生解吸作用，气为理想状态气体。数值模拟过程中用到的物理量同时吸附剂吸收加热工质传递的热量。名称及符号见表1。表1物理量名称及符号表英文字母变量希腊字母变量及下标变量Cp定压比热，kJ/(kg·K)α亚松弛因子23Deff有效扩散系数，m/sρ密度，kg/mD管径，m△Hst吸附热，J/kg2Dk克努森扩散系数，m/s△t时间步长，s2硅胶孔隙率，相对误Dm分子扩散系数，m/sε差吸附床有效扩散系数，图1单根翅片管结构简图Dbed2φ特征变量m/sD表

7、面扩散系数，m2/sλ导热系数，W/(m·k)02制冷剂的动力粘度，K吸附床固有渗透率，mµ2Ns/m2lennard-jonesKapp吸附床表观渗透率，mσ0势碰撞直径，AM水的摩尔质量，kg/molΩ碰撞积分P压强，Paτ曲折因子Pe贝克莱数ads吸附；吸附剂管径，m；Rave体积平均通用气体常数，J/(mo·k)Rp硅胶颗粒半径，me蒸发器Ru硅胶颗粒半径，mf翅片L0翅片高度，minit初始时刻N节点数L翅片高度方向T温度，KLump集中参数法u速度，m/so外侧Z0翅片间距，ms吸附剂W平均吸附量，kg/kgsat