吸附床的传热强化是影响固体吸附式制冷的主要因素。简述了吸附制冷的强化传热研究进展,介绍了几种常用的吸附床强化传热方法,提出了固体吸附式制冷强化传热的研究方向。

从非平衡态热力学角度,对以氯化钙-氨为工质对的固体吸附式制冷系统吸附床内传热传质过程进行了分析,建立了吸附床内热质耦合模型,并通过对模型的数值模拟,探讨了解吸/吸附过程中各热力学流之间的作用关系及其对吸附床熵产率的影响.

针对已完成的发动机排气吸附式制冷机,考虑吸附床内非平衡吸附的特点,建立了以氯化钙-氨为工质对的吸附式制冷系统吸附床传热传质数学模型,采用数值计算方法对模型进行了模拟计算,得出了吸附床的制冷性能及温度场分布,并与实验结果进行了比较.结果表明,该模型能较好的模拟吸附床内的传热传质过程,为吸附床的优化设计提供了依据.

运用多孔介质理论分析了化学吸附式制冷系统中的吸附床,按多孔介质的质量、动量和能量传递过程建立了吸附床内流动、传热和传质耦合求解的数学模型,并根据吸附剂在吸附床内多孔介质中的流动特性,采用比经典的Darcy模型更精确的多孔介质流动模型--Ergun模型.所建立的数学模型较之现有的吸附床传热传质数学模型能更全面、准确的描述吸附床的传热传质特性.将所建立的模型对化学吸附制冷样机进行了模拟计算,计算结果和测试结果吻合得较好.数学模型和计算结果有助于深入认识吸附床的传热传质特性,并可进一步用于吸附床和系统的优化设计.

通过固体吸附床的模拟来优选吸附床的型式.建立了非稳态、有内热源的模型,分别对螺旋管外换热式吸附床和内热换热式吸附床进行模拟.考虑到多微孔物质的传质和传热阻力大的情况,又建立了翅片换热式吸附床和肋片换热式吸附床的传热传质模型.通过分析13X-H2O工质对在吸附床内的脱附速率等参数,优选出较为适宜的吸附床模型,并在优选得到的模型上模拟自制吸附剂的脱附特性及床层温度分布.结果表明增加翅片或肋片能增强床层的传热效果,其中增加肋片效果更显著.建立的数学模型及计算结果为吸附床设计和应用及商业化提供了理论依据.

吸附床是吸附式制冷系统的核心部件.分析吸附床的传热特性,总结归纳吸附床强化传热的方法,分别采用物化处理法、制冷循环改进法和结构法,认为吸附床的结构设计是整个吸附制冷系统性能改善重要方法.最后,在综合前人研究成果的基础上,提出和分析了一种新型的吸附床的结构设计方案.

利用多孔性物质的吸附分离原理分析了固体吸附式制冷系统中吸附剂颗粒和整个吸附床的传热传质特性,并在此基础上介绍了目前国内外强化吸附床传热传质性能的主要措施.

吸附式制冷在余热回收方面具有很好的前景,设计了用于大客车发动机余热回收的吸附式制冷系统,进行了分布参数的模拟计算,结果显示吸附床设计是比较合理的.同时建立了一种新的回质计算模型,提出了新的回质操作方法.模拟计算显示,回质是改善吸附循环性能的重要手段,回质过程提高了循环SCP和COP达一倍以上.回质过程非常迅速,5s即已完成,可以有效地缩短循环时间,提高循环性能.

该文对新型吸附床的结构做了设计说明，采用太阳光直接照射吸附床加热活性炭，用蜂窝状结构增强吸附床的传热。结果表明，直接加热活性炭可使吸附床内部在接受13．59MJ的能量后最高温度可达到117℃，使用蜂窝状传热结构吸附床内的最大温差小于5℃，实测系统COP（系统制冷性能系数）为0．157。通过对吸附床建立数学模型，对吸附床内的温度随太阳辐射能变化建立了计算模拟。

分析了吸附制冷系统中吸附床的传热传质特性，介绍了目前吸附床传热传质研究状况及常用的强化措施，在此基础上给出了一具采用强化方法的新型吸附床设计方案。实测性能表明，对吸附床传热传质的强化是吸附制冷装置实现广泛应用的关键所在。