活性炭乙醇小型吸附冷卻系統(tǒng)，使用活性炭和乙醇作為工作對(duì)的翅片管型吸附器的性能研究，并開發(fā)了一種瞬態(tài)二維軸對(duì)稱計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型。吸附器換熱器的設(shè)計(jì)對(duì)提高吸附式冷卻系統(tǒng)的性能具有重要意義。本期研究的CFD模型將用于翅片高度和翅片間距優(yōu)化，并可擴(kuò)展到其它基于活性炭吸附劑的吸附冷卻系統(tǒng)。

　　制冷是不斷發(fā)展和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)。它對(duì)食品和其他需要低溫儲(chǔ)存的物品起到重要做用。然而，常規(guī)的制冷系統(tǒng)采用可影響全球升溫的制冷劑，如氯氟烴(CFCs)，氫氯氟烴(HCFCs)和氫氟碳化合物(HFCs)，其排放量占總排放量的37%，其余63%是間接由能源消耗冷卻和空調(diào)系統(tǒng)。在這種情況下，吸附冷卻系統(tǒng)是蒸汽壓縮冷卻系統(tǒng)的可行替代方案。實(shí)際上，它們是由低等級(jí)的廢熱(低于100℃)或太陽熱能驅(qū)動(dòng)的。此外，它們采用天然和環(huán)境友好的制冷劑，例如活性炭，水，乙醇，甲醇，氨，CO 2等。因此，吸附式冷卻系統(tǒng)的廣泛發(fā)展將有助于解決各種能源和環(huán)境相關(guān)問題。

　　活性炭吸附冷卻系統(tǒng)的工作原理

　　圖1顯示了活性炭吸附冷卻系統(tǒng)的示意圖。它通常由四部分組成：冷凝器，蒸發(fā)器，填充活性炭的吸附器/解吸塔床和膨脹閥。吸附循環(huán)包括四個(gè)過程，即預(yù)熱，解吸，預(yù)冷和吸附。在預(yù)熱過程中，床與蒸發(fā)器斷開并且熱水在吸附床中循環(huán)以增加床壓。當(dāng)床壓高于冷凝器時(shí)，它連接到冷凝器并開始解吸過程。由于額外的加熱，乙醇蒸汽從活性炭上解吸到床上，并移動(dòng)到冷凝器并冷凝。解吸完成后，床與冷凝器斷開并且冷卻水在稱為預(yù)冷卻過程的吸附器床中循環(huán)。由于冷卻水的供應(yīng)，床中的壓力下降并低于蒸發(fā)器中的壓力。此時(shí)，吸附床與蒸發(fā)器連接，蒸發(fā)的乙醇蒸汽從吸附器中排出，并被吸附在活性炭中。在吸附過程中，冷卻水連續(xù)供給床以去除吸附熱。吸附器床與蒸發(fā)器連接并且蒸發(fā)的乙醇蒸汽從吸附器中出來并被吸附在活性炭中。在吸附過程中，冷卻水連續(xù)供給床以去除吸附熱。吸附器床與蒸發(fā)器連接并且蒸發(fā)的乙醇蒸汽從吸附器中出來并被吸附在活性炭中。在吸附過程中，冷卻水連續(xù)供給床以去除吸附熱。

　　圖1.活性炭解吸過程中吸附冷卻系統(tǒng)的示意圖。

　　活性炭流體動(dòng)力學(xué)建模

　　采用活性炭和乙醇對(duì)翅片管型吸附器的性能實(shí)驗(yàn)開展。實(shí)驗(yàn)裝置由吸附器，蒸發(fā)器和與不銹鋼管連接的冷凝器組成。所有組件的溫度和壓力分別由K型熱電偶和壓力計(jì)測(cè)量。兩個(gè)銅翅片管結(jié)合在吸附器內(nèi)部。翅片管熱交換器由190個(gè)圓形翅片組成，翅片連接到長(zhǎng)度為700mm的環(huán)形管上。翅片高度，翅片間距和翅片厚度分別為10,3.7和0.53mm。將多孔活性炭填充在兩個(gè)連續(xù)的翅片之間并用網(wǎng)片密封。環(huán)形管的厚度為1.5mm，內(nèi)徑為26mm。乙醇被認(rèn)為是制冷劑。此外，水被用作傳熱流體并通過環(huán)形管。1和T5在圖2中。

　　圖2.顯示計(jì)算域的翅片管活性炭吸附器的2D軸對(duì)稱幾何。

　　吸附冷卻系統(tǒng)性能調(diào)查

　　吸附冷卻系統(tǒng)(ACS)的性能已經(jīng)通過使用等式以相應(yīng)的特定冷卻功率(SCP)和性能系數(shù)(COP)進(jìn)行評(píng)估。估計(jì)的SCP和COP循環(huán)時(shí)間為800s，分別為488W/kg活性炭和性能系數(shù)為0.61。這一性能也與之前在其他研究中活性炭-乙醇對(duì)性能相關(guān)�？紤]兩種不同粒徑和三種不同區(qū)域的活性炭乙醇對(duì)的比冷容量在424-710W/kg活性炭之間。此外，基于活性炭纖維-乙醇的吸附冷卻系統(tǒng)的性能發(fā)現(xiàn)SCP為200W/kg，性能系數(shù)為0.65。

　　性能系數(shù)隨著循環(huán)時(shí)間的增加而增加。然而，SCP在800s的周期時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大值。隨著活性炭吸附時(shí)間的增加，冷卻效應(yīng)隨著吸附總量的增加而增加。然而，吸附開始時(shí)吸附質(zhì)量的流速急劇增加，然后降低。因此，制冷功率隨著循環(huán)時(shí)間的增加而增加，并在800s的最佳循環(huán)時(shí)間達(dá)到其最大值。然后，為了更高的吸附/解吸時(shí)間，冷卻功率降低。隨著吸附/解吸時(shí)間的增加，性能系數(shù)增加，其隨著所產(chǎn)生的冷卻效果的增加高于從活性炭解吸制冷劑所消耗的熱量的增加。

　　已經(jīng)進(jìn)行了使用活性炭-乙醇作為吸附劑-被吸附物對(duì)的翅片管吸附器的流體動(dòng)力學(xué)建模。將模擬的壓力和溫度分布與本實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的蒸發(fā)溫度15°C，冷卻溫度20°C，加熱溫度80°C和總循環(huán)時(shí)間800s的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果之間找到了很好的一致。系統(tǒng)的性能進(jìn)行了數(shù)值研究，吸附/解吸階段的時(shí)間從300到700s不等。預(yù)熱和吸附階段以及預(yù)冷卻和吸附階段的最佳循環(huán)時(shí)間相當(dāng)于400s。在此條件下，冷卻功率達(dá)到每千克吸附劑488W，性能系數(shù)為0.61。

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