渔船尾气吸附式制冷系统的设计及传热数值模拟

论文摘要

环境和能源已经成为当今世界发展所面临的两个主要难题,所以他们也成为了全世界共同关注的一个热点问题。吸附式制冷技术具有环保和节能两大特征,与传统的压缩式制冷技术相比蕴含着更大的开发潜力。吸附式制冷技术还具有直接使用天然制冷剂,无较大运动部件等特点,因而受到了学术界广泛的重视。本文将吸附式制冷技术应用于渔船制冰领域,针对渔船的工作要求和陆地的实际情况,建立了一个热管型吸附式制冰机,并采用数值模拟的方法做了一些探索性工作,主要有以下几部分:1.介绍了常用的吸附工质对及其主要特点,选取以活性炭为基质的氯化钙—氨为本系统的制冷工质对,并对本吸附制冷循环做了理论分析。2.针对长期反复使用后,氯化钙与水结块吸附性能逐渐降低的特点,设计了一个以法兰组件密封的可以拆卸的热管型吸附床。3.吸附床可以直接有效的利用渔船发动机排放的烟气,并以热管为高效传输介质对吸附剂进行加热,可以很好的提高烟气热量的利用率,同时热管的布置方式可以方便的更换各种吸附工质对,为今后的对比试验奠定了基础。4.根据陆地实际情况建立了一个模拟渔船尾气环境的吸附制冷陆地试验台,并重新优化设计了蒸发器、贮液器和烟气混合室等制冷关键部件。5.利用FLUENT软件对烟气加热吸附床进行了数值模拟,确定了吸附制冷系统的最佳加热时间、进口速度和烟气温度,不仅有效的缩短了循环时间,提高了循环效率,而且可以充分利用了烟气的热量,这些都对今后的具体试验具有指导意义。与此同时,利用FLUENT软件对冷空气冷却吸附床的过程进行了模拟,对热管和吸附床的冷却情况进行了分析,利用FLUENT中的迹线方法描述了烟气在加热热管时和冷空气在冷却吸附床时不同的流动情况,并对原因进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 船舶尾气余热驱动的吸附式制冷技术的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 吸附式制冷工质对
• 2.1 物理吸附工质对
• 2.1.1 物理吸附的影响因素
• 2.1.2 主要物理吸附工质对
• 2.2 化学吸附工质对
• 2.3 复合/混合吸附工质对
• 2.4 本文所采用的吸附工质对
• 第3章 湍流数值模拟的基础知识
• 3.1 流体力学的控制方程
• 3.1.1 质量守恒方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.2 湍流数值模拟的理论基础
• 3.2.1 湍流的数值模拟方法
• 3.2.2 湍流方程模型简介
• 第4章 吸附式制冷系统陆地试验台的建立
• 4.1 连续型吸附式制冷系统的设计
• 4.2 吸附床的设计
• 4.2.1 烟气热量计算
• 4.2.2 制冷剂质量的计算
• 4.2.3 吸附床的设计要点
• 4.2.4 吸附床解决的主要问题
• 4.2.5 吸附床的结构参数
• 4.3 冷凝器的设计计算
• 4.4 蒸发器的设计计算
• 4.5 储液器的设计
• 4.6 混合室的设计
• 4.7 小结
• 第5章 吸附床加热过程的数值模拟
• 5.1 FLUENT应用软件介绍
• 5.2 FLUENT程序求解问题的步骤
• 5.3 吸附庆烟气加热装置的模型
• 5.3.1 加热装置的几何模型
• 5.3.2 网格的划分
• 5.3.3 边界条件设置
• 5.4 加热工况数值模拟结果
• 5.4.1 加热时间对热管温度的影响
• 5.4.2 进口速度对热管温度的影响
• 5.4.3 烟气温度对热管温度的影响
• 5.4.4 烟气对吸附床的影响
• 5.5 冷却工况的模拟
• 5.6小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历