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    活性炭氮氣吸附壓縮機的試驗

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    活性炭氮氣吸附壓縮機的試驗

      吸附冷凍冷卻是一個比較研究成熟的技術,可在企業沒有經濟活動相關部件的情況下從正常的室溫冷卻到零下一百多度。因此,與其他低溫冷卻器相比,不會發展產生不同振動和可靠性高的特點。氮通??梢杂米鞴芾砉ぷ鳝h境流體,用于冷卻至負一百七十多度,活性炭是用于此目的的吸附劑。本文通過主要內容介紹了使用過程中顆?;钚蕴块_發利用氮氣吸附式壓縮機,和為表征所選活性炭上的氮吸附而進行的吸附測量,并且將壓縮機實驗結果與平衡生活條件因素分析和數值傳熱模型分析方法預測數據進行一些比較。

      在平衡條件下的吸附分析

    我們研究了用于驅動低溫冷卻器的氮活性炭吸附電池的單級原型。 壓縮機的一些主要特性取決于所需的低溫冷卻器性能參數,特別是工作壓力和氮氣流量。 對實驗吸附池進行了設計和構建,部分組件如圖1所示。 研究了氮在活性炭上的吸附,并提出了一個改進的Freundlich模型來計算氮吸附量隨溫度和壓力的變化。 該模型是計算吸附壓縮機循環參數的基礎。 吸附劑是市售的粒狀活性炭。 顆粒直徑為3mm,是煤基的,由高溫蒸汽活化,并且具有1000的高比表面積。

    圖1: 活性炭吸附池的部分組件: (a)電熱器(b)閥門(c)安裝在吸附池底部的活性炭。

      壓縮機電池設計

    實際上,氮吸附池并不處于平衡狀態。所以以上分析只對初步設計有幫助。動態效應主要是由于活性炭中的溫度分布,必須進行估計。在目前的研究中,我們選擇進行數值傳熱分析。首先根據平衡條件下的分析對壓縮機電池進行設計,然后根據傳熱分析結果對其進行改進。首先要確定的參數是活性炭的質量。一方面,大量的活性炭提供了更多的脫附氮氣,這意味著更高的流量,但另一方面,它需要更多的時間進行傳熱,從而增加了循環持續時間,降低了流量。圖2示出了吸附單元的剖視圖。

      圖2:氮氣通過活性炭進行吸附池的橫截面數據視圖。

      實驗結果

    為了研究活性炭吸附罐的設計,我們進行了數值傳熱分析。對于有限元計算,單元模型被簡化。鋁包層和不銹鋼底座采用自由對流邊界條件,加熱功率連接到電加熱器。在這個分析中沒有模擬吸附熱,盡管實際上它是不可忽視的(估計大約是在這個過程中傳遞的總熱量的3%)。包括吸附熱顯著地使分析復雜化,并消除了分析,使分析更容易使用,因為它可以提供更快的加熱和冷卻時間。分析的初始條件假設所有成分都為26℃。在加熱階段,對電加熱器施加500W,在空隙熱開關處填充0.01MPa的氮氣。很明顯,在300秒后,部分吸附劑達到了526℃,而大部分仍在126℃左右。


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