热管式吸附床在船舶吸附式制冷中的应用研究

论文摘要

环境与能源问题是当今世界发展面临的两大问题,随着国内外对环境保护呼声的日益高涨,发展节能和环保的新技术成为学术界研究的新热点。吸附式制冷是一种环境友好型制冷方式,可以有效地利用太阳能和工业余热等低品位能源,并且具有不污染环境的优势,因而受到了学术界的广泛重视。船舶排气温度一般在400℃以上,尾气中蕴含着大量的余热,约占燃油燃烧总能量的30%以上,而船舶空调和冷库又需要大量的制冷量,因此通过吸附式制冷来回收这部分余热具有重大的社会经济意义。然而吸附床传热性能差,系统效率低,限制了吸附式制冷的应用和发展。本文用高效传热元件热管来强化吸附床传热,提高其传热性能和系统制冷效率。本文根据实船SITC—YOKOHAMA运行参数计算出该船尾气流量和尾气中可利用的余热,据此计算出吸附床的尺寸大小和吸附工质对的质量,并设计出一种新型吸附床。该吸附床用热管强化床内传热,使其具有较高的传热性能。本文还根据吸附床的尺寸及设计制冷量计算出与之相匹配的冷凝器、蒸发器、储液器、管路等吸附式制冷系统其他部件的尺寸大小。本文模拟分析了自行设计的新型吸附床的传热性能和温度场分布情况,得出了吸附床内温度分布随时间变化规律。模拟结果表明,吸附床内大部分区域温度较高,分布较均匀,温度梯度较小,温度基本能满足解析要求。本文还模拟比较了各种参数对吸附床传热性能的影响,结果表明,吸附剂的导热系数、比热容、密度对传热都有一定影响,导热系数影响最大;圆形吸附床传热性能优于方形吸附床,椭圆热管优于圆形热管;减小热管直径,增加热管数量,能提高吸附床传热性能;热管上加装翅片能大大提高吸附床传热性能。本文研究了物性参数、操作参数和结构参数对吸附床传热性能的影响,为吸附床优化设计提供了理论依据,同时也为吸附式制冷实用化打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 固体吸附式制冷技术及原理
• 1.3 固体吸附式制冷的发展历程及研究现状
• 1.3.1 吸附工质对的研究
• 1.3.2 吸附式制冷循环的研究
• 1.3.3 吸附床传热传质强化的研究
• 1.4 本文研究的目的、意义及内容
• 第2章 热管技术原理及热管技术简介
• 2.1 热管技术的起源与发展
• 2.2 热管的组成及工作原理
• 2.2.1 热管的基本特性
• 2.2.2 热管的分类
• 2.2.3 热管的传热过程分析
• 2.2.4 热管的传热极限
• 2.3 热管技术在余热回收中的应用
• 2.3.1 热管在余热回收应用中的优越性
• 2.3.2 热管技术在船舶余热回收中的应用
• 2.3.3 热管应用中应当注意的问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 利用船舶尾气制冷的热管式吸附床设计研究
• 3.1 吸附床设计要点
• 3.1.1 吸附床设计时应考虑的几个因素
• 3.1.2 吸附床设计要求及应解决的主要问题
• 3.2 热管式吸附床的设计
• 3.2.1 热管应用于吸附床传热的优势
• 3.2.2 柴油机尾气流量计算
• 3.2.3 尾气热量计算
• 3.2.4 制冷剂质量的计算
• 3.2.5 吸附床换热面积的计算
• 3.2.6 热管式吸附床的设计
• 3.3 吸附式制冷其他各部件的设计计算
• 3.3.1 冷凝器的设计计算
• 3.3.2 蒸发器的设计计算
• 3.3.3 贮液器的设计计算
• 3.3.4 管路尺寸计算
• 3.4 吸附式制冷系统设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 热管式吸附床数值模拟及传热性能研究
• 4.1 有限元热传导理论分析
• 4.1.1 温度场理论分析
• 4.1.2 稳态热传导分析
• 4.1.3 瞬态热传导分析
• 4.2 热管式吸附床模型的建立及合理假设
• 4.3 热管式吸附床传热性能模拟及结果分析
• 4.3.1 热管式吸附床温度场分布云图
• 4.3.2 吸附床内最低温度随时间变化规律
• 4.3.3 吸附床内最大温差随时间变化规律
• 4.3.4 吸附床平均温度随时间变化规律
• 4.3.5 吸附床内径向温度随时间变化规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 热管式吸附床的传热强化及优化研究
• 5.1 吸附剂物性参数对吸附床温度分布的影响
• 5.1.1 导热系数对吸附床温度分布的影响
• 5.1.2 比热容对吸附床温度分布的影响
• 5.1.3 密度对吸附床温度分布的影响
• 5.1.4 不同吸附剂在热管式吸附床内传热特性比较
• 5.2 操作参数对吸附床温度分布的影响
• 5.2.1 初始温度对吸附床温度分布的影响
• 5.2.2 热源温度对吸附床温度分布的影响
• 5.3 结构形状对吸附床温度分布影响
• 5.3.1 吸附床外形结构吸附床温度分布影响
• 5.3.2 热管形状对吸附床温度分布影响
• 5.3.3 翅片对吸附床温度分布的影响
• 5.3.4 热管尺寸参数对吸附床温度分布的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历