太陽(yáng)能吸附制冷空調(diào)吸附床溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與傳熱分析

1、2007年第2期總第156期低溫工程CRYOGENICSNo22007SumNo156太陽(yáng)能吸附制冷空調(diào)吸附床溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與傳熱分析向颯王定標(biāo)程?hào)|娜(鄭州大學(xué)化工學(xué)院鄭州450002)摘要：建立了吸附床幾何模型和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)Fluent軟件數(shù)值模擬得到床層溫度分布的變化情況，并深入分析床層參數(shù)變化對(duì)床層溫度分布的影響。結(jié)果表明，吸附劑的物性參數(shù)對(duì)床層溫度分布影響顯著；換熱流體流速、溫度對(duì)床層溫度影響不大。在床層徑向上存在著較大的溫度

2、梯度，但在軸向上溫度分布比較均勻。在吸附劑的物性參數(shù)中，導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)床層溫度變化影響最大。因此為了提高吸附床傳熱效率，應(yīng)盡量增大吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)，以及采取多種措施強(qiáng)化吸附床的傳熱效率。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能空調(diào)吸附床數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TB69，TK5113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000~516(2007)02006005Numericalsimulationandheattransferanalysisoftemperaturefieldfo

3、radsorptionbedofsolarenergyadsorptionrefrigerationairconditionerXiangSaWangDingbiaoChengDongna(CollegeofChemicalEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450002，China)Abstract：Geometryandmathematicalmodelofadsorptionbedwe

4、reestablishedWiththenumericalsimulation，thedistributionoftemperaturefieldinadsorbentbedwasgotbyapplyingFluentsoftwareandtherelationbetweentemperaturefieldandeachparameterwasanalyzedThenumericalsimulationresultsshowthatth

5、ecoefficientofadsorbenthaveimportanteffectonadsorbentbedtemperaturewhiletheflowrateandthetemperatureofheattransferfluidoftheadsorbentbedhavelittleeffectonthebedtemperatureTherewasalargegradientofbedtemperaturedistributio

6、ninradialdirectionwhilethetemperaturewasuniforminaxialdirectionTheresultalsoindicatesthattheabsorbentparameteriSremarkabletothebedleveltemperaturedistribution，thethermalconductivityhasmoreeffectonthechangeofbedleveltempe

7、raturethanothersinabsorbentnaturalparametersSotheabsorbentthermalconductivityshouldbeincreasedasfaraspossibletoenhanceheattransfereficiencyoftheadsorptionbedandimprovetheheattransferefi—ciencyofadsorbentbedKeywords：solar

8、energy；airconditioner；adsorptionbed；numericalsimulation收稿日期：20061114；修訂日期：2007~224基金項(xiàng)目：國(guó)家“211”工程重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目，河南省教育廳基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2007480007)。作者簡(jiǎn)介：向颯，女，38歲，碩士、副教授。維普資訊62低溫工程2007焦其中為汽化潛熱，J／kg；為吸附率，=。exp【一K(一1)]，其中。為最大吸附質(zhì)量比，。=(P)=(T。)

9、，P。為對(duì)應(yīng)的飽和壓力，為等壓過(guò)程中制冷劑對(duì)應(yīng)的飽和溫度，K、n為吸附常數(shù)。如采用活性碳江西809一甲醇工質(zhì)對(duì)：。=0333，K=12436，n=130，Ts=T。=298K。A=01904W／(mK)，L=110210。J／kg，c。=1210J／(kgK)，P=0510kg／m，cf=41810J／(kgK)，Pf=10kg／m。則可得到：s=口。tp=Ox(4)口sL斗因此，吸附床的能量方程為：cOTf“0Tf=(A)(一rf)P

10、fpfpfCp。f“^Lm一(5)式中：為邊界吸附劑的溫度，K；Tf為換熱流體的溫度，K；h為壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w／(mK)。(3)邊界條件入口邊界條件：采用速度入口條件，即給出了速度大小和方向；出口邊界條件：采用自由出流邊界條件；固壁邊界條件：由于本模型固體壁面是靜止、無(wú)滑移的，故固體壁面邊界條件采用無(wú)滑移壁面邊界條件。4數(shù)值模擬結(jié)果本模型是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可建立二維模型。模型內(nèi)外半徑分別為30mm，60mm，長(zhǎng)為500mm。采用四邊形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

11、，間距2mm劃分，得到15000個(gè)網(wǎng)格。模型中采用了兩種工作介質(zhì)即水和活性炭，介質(zhì)水給定不同進(jìn)口溫度323K、333K、343K、353K、363K和不同流速001m／s、002m／s、01m／s。采用最為成熟的分離求解器算法；壓力速度耦合算法采用SIMPLE算法；對(duì)流項(xiàng)的離散格式采用二階迎風(fēng)格式。應(yīng)用Fluent軟件計(jì)算得到如下的數(shù)值模擬結(jié)果。41吸附床床層溫度變化規(guī)律圖3所示為換熱流體溫度353K、進(jìn)口流速002m／s條件下，吸附床

12、加熱過(guò)程中床層徑向和軸向不同位置溫度隨時(shí)問變化的規(guī)律圖。圖3a中徑向3點(diǎn)的坐標(biāo)分別為pointl(35，0)、point2(45，0)、point3(55，0)。從圖中可以看出在加熱過(guò)程中，隨著半徑的增大，同一時(shí)刻吸附床床層各點(diǎn)徑向溫差較大，存在較大溫度梯度。靠近換熱邊界層的點(diǎn)其溫度隨時(shí)間變化較快，越靠近吸附床外徑處各點(diǎn)其溫度隨時(shí)間變化越慢，但隨著加熱時(shí)間的增大，其溫差越來(lái)越小。其主要原因是吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，導(dǎo)熱性能比較差。為改善

13、這一情況，強(qiáng)化吸附床傳熱，通常采用增加吸附床的有效傳熱面積，如在吸附床中增加翅片；還可以強(qiáng)化吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)，使吸附劑與導(dǎo)熱性能好的粘合劑、添加劑、金屬泡沫等材料固結(jié)在一起增大導(dǎo)熱系數(shù)。圖3b中軸向3點(diǎn)坐標(biāo)分別為(45，一150)、(45，0)、(45，150)，從圖中可以看出吸附床床層在軸向上，溫度變化很小。圖3吸附床床層溫度變化規(guī)律Fig3Temperaturefieldrulesofadsorbentbed42換熱流體流速和進(jìn)口溫