吸附式制冷循环中肋板式吸附床的数值模拟

　　吸附式制冷是一种环境友好的绿色制冷技术，在低品位能源利用和环境保护方面有着显著的优势，受到学术界的广泛重视，研究不断深化。吸附床是吸附式制冷系统的关键^[1-2]，类似于制冷系统中的压缩机，替代了压缩机的功能;不同的是，吸附床靠热交换提供驱动力，所以吸附床内的动态换热是一个重要研究对象。一方面，只有对吸附床内的传热传质规律做出合理的分析，才能对吸附床的结构进行优化设计和采用合理的强化传热措施，并进而优化系统结构，提高系统的制冷效率;另一方面，在掌握吸附床内的传热传质规律后，才能采用传统热力学的分析方法，优化系统的运行和控制。

　　1 吸附床的传热模型

　　本文选用肋板式吸附床结构，如图1所示，由一系列肋板式换热单元组成。

　　模型只研究吸附床的加热和冷却效果，不涉及解吸和吸附等传质过程。模型建立的前提为只对吸附床进行加热，研究在吸附床内没有氨气解吸出来的情况下，吸附床内部的传热情况。通过对吸附床的温度场进行分析，确定吸附床的传热能。

　　物理模型(如图2)为三层传热模型，吸附床加热时高温流体流入吸附床内，流体把热量传给金属板，因热阻小，金属很快被加热，靠近金属板的吸附剂先被加热，热量从先加热的吸附剂传到远离金属的吸附剂。

　　吸附材料的内能变化和吸附材料与金属的表面传热量、制冷剂吸附和脱附时的潜热量(该项在本模型中为零)有关;金属的内能变化则取决于两个传热表面的传热量——金属和吸附材料的传热面以及金属和传热流体的传热面的传热量;传热流体的内能变化除了和金属与传热流体的表面传热量有关还和传热流体流动方向的传热有关。

　　2 肋板式吸附床传热的数学模型

　　由于吸附床内的多孔介质材料具有复杂的传热传质特性，在建立数学模型时，必须采用相对宏观的分析方法^[3]。本文采用多孔介质研究中常用的有效当量法[4]来分析多孔介质内的导热，即假设多孔介质固体、液体和气体在综合导热效果上相当于一种连续介质，而以当量热物性参数作为此种连续介质的相关物性参数。这种处理方法尽管与多孔介质的实际微观状态有一定差异，但满足工程上的误差要求。

　　根据上述物理模型，可以建立吸附床内部传热的数学模型^[5-7]，如图3。

　　为了简化分析，还须作如下假设：

　　(1)将吸附床内的活性炭看成是当量的均匀连续介质;

　　(2)吸附床温度沿肋片高度方向温度变化大，忽略吸附床的轴向导热，只视为沿肋片高度方向的导热和对流换热;