《吸附式高溫熱泵直接接觸法生成蒸汽的傳遞現象研究》是依託鄭州大學，由薛冰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：吸附式高溫熱泵直接接觸法生成蒸汽的傳遞現象研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：薛冰
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
能源短缺是世界各國發展面臨的重大挑戰之一。吸附熱泵以低品位餘熱驅動，實現製冷或熱泵效應，減少能源消耗。利用吸附熱泵系統在製冷方向的研究很多，在高溫熱泵方向的研究剛剛開始。本研究擬採用直接接觸式換熱法強化多孔介質與流體的傳熱速率，利用吸附熱泵系統回收低品位餘熱(熱水＜80°C，廢氣＜150°C)，生成高溫飽和/過熱水蒸氣(0.3-1 MPa, 200+°C)。實驗研究方面，考察不同條件下液體在多孔介質內沸騰傳熱特性，研究不同形狀和粒徑的沸石對蒸汽生成循環性能和效率的影響。模擬研究方面，建立蒸汽生成系統的數學模型，採用焓-多孔介質模型解決水的相變問題，模擬多孔介質中氣液兩相流耦合吸附特性的傳遞現象，計算填充層內不同相的溫度分布及蒸汽壓力和流速分布。本研究旨在揭示液體與非飽和吸濕性多孔介質直接接觸時沸騰傳熱機理，探索水分遷移和蒸汽擴散傳質特性。本研究的套用價值是降低工業中的蒸汽成本。
結題摘要
項目背景 工業過程產生了大量廢水和廢氣，低品位餘熱回收困難，並且對環境造成危害。與此同時，工業、商業及民用對蒸汽有廣泛需求，新型高效節能環保蒸汽生成系統亟需開發。熱力驅動的吸附熱泵利用固氣工質對生成高溫蒸汽，滿足熱力需求。 主要研究內容 蒸汽生成系統的實驗研究 （1）搭建實驗平台進行蒸汽生成的循環實驗,利用熱水（＜80°C）和熱空氣（＜130°C）的吸附熱泵系統，直接生成過熱蒸汽，評估系統的性能和效率。（2）採用不同粒徑的填料，設定傳質通道，改變入水方式等，考察生成蒸汽通過填充層和濕沸石重生時的動態傳熱傳質特性。（3）探索複合吸附劑對蒸汽生成和沸石重生的影響，確立最佳化的循環條件。 蒸汽生成系統的數值模擬研究 （1）在蒸汽生成過程中，對氣液固三相分別建立能量、質量或動量控制方程，建立變溫變壓的動態吸附模型；在沸石重生過程中，建立對流乾燥重生模型。（2）分析蒸汽生成過程中填充層內沸石和水的溫度分布，生成蒸汽在沸石空隙間的溫度、壓力和流場分布，出口蒸汽溫度和壓力特性。（3）通過回熱回質增強蒸汽生成過程，考察不同回熱溫度對高溫蒸汽生成的影響，分析在吸附劑和液面交界處沸騰傳熱後產生蒸汽的動態特性，評估回熱對系統性能和效率的影響。 重要結果及關鍵數據 （1）130°C的乾空氣對濕吸附劑重生，通入80℃熱水，生成191°C ~264°C過熱蒸汽，系統溫升近100°C。循環耐久性實驗研究了15個連續循環，沸石微孔在高溫高濕度下仍可保持結構完整。 （2）從局部和整體吸附平衡兩方面強化蒸汽生成：預製通道和回熱回質。前者使蒸汽快速到達頂部。後者中回熱溫度為89.2°C時，蒸汽量增加18.8%，系統性能提升35.1%。（3）採用複合吸附劑-水工質對的系統，增加總吸附熱，加快動態蒸汽生成的速率，強化蒸汽生成過程，提升系統性能和效率。 科學意義 在吸附熱泵系統中採用直接接觸法強化熱傳，生成高溫蒸汽，研究不飽和多孔介質中沸騰傳熱的特性。不飽和度提高，物理吸附熱增加。採用複合吸附劑，化學吸附熱釋放亦可強化蒸汽生成過程。
