杜紅濤+劉澤勤+安文卓

摘要：通過(guò)將吸附劑活性炭與多種金屬以不同的比例混合，配置成混合式吸附劑，并分別測(cè)試了其導(dǎo)熱系數(shù)，試圖發(fā)現(xiàn)一種合適的金屬及比例，使其既能提高吸附劑的傳熱性能而又不嚴(yán)重影響吸附劑的傳質(zhì)性能。結(jié)果表明： 隨著活性炭與金屬混合比例增加，各混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)隨之增大，并且在混合比例為10：8時(shí)達(dá)到最大值； 對(duì)于3種混合式吸附劑（活性炭-鐵屑、活性炭-鋁屑、活性炭-銅屑），活性炭-鋁屑混合式吸附劑在比例為10：3便達(dá)到很高的值，此后隨著比例增加，導(dǎo)熱系數(shù)變化不大，而另外兩種混合式吸附劑隨著比例增加導(dǎo)熱系數(shù)均變化很大。

關(guān)鍵詞：混合式吸附劑；混合比例；導(dǎo)熱系數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK172

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）6-0153-03

1 引言

近幾十年來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷加深，這些發(fā)展都離不開(kāi)能源的消耗。當(dāng)前，環(huán)境污染的加劇，能源短缺和環(huán)境污染已成為全球面臨的共同難題，節(jié)能減排已成為當(dāng)前社會(huì)熱點(diǎn)話(huà)題。在我們國(guó)家，作為制冷空調(diào)設(shè)備應(yīng)用主體的建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例高達(dá)1/3，而在建筑能耗當(dāng)中，空調(diào)、采暖等設(shè)施設(shè)備能耗幾乎占到1/2[1，2]。因此，在制冷空調(diào)行業(yè)，新節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的研究以及新型制冷方式和設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用成為了從業(yè)人員首要任務(wù)。作為一種綠色環(huán)保的制冷技術(shù)，吸附式制冷與當(dāng)前能源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢(shì)相一致，并因其無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可利用低品位熱能及太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)引起了人們極大關(guān)注[3～6]。吸附式制冷技術(shù)從發(fā)現(xiàn)至今已有160多年的歷史，在此期間，有關(guān)吸附式制冷的研究成果不斷涌現(xiàn)出來(lái)，如R. E. Critoph研制的用于冷藏疫苗的太陽(yáng)能吸附式制冷機(jī)[7]，李曉敏等研制的DY漁船發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣制冰機(jī)[8]，Suzuki研制的高溫?zé)煔庥酂狎?qū)動(dòng)吸附式汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)[9]，以及日本的前川公司以硅膠-水為工質(zhì)對(duì)研制的吸附冷水機(jī)組，此冷水機(jī)組利用75℃的熱水驅(qū)動(dòng)，可生產(chǎn)14℃的冷水[10]。但吸附式制冷設(shè)備在商業(yè)化的發(fā)展過(guò)程中一直受到制冷效率偏低、吸附制冷循環(huán)周期長(zhǎng)等瓶頸問(wèn)題，其中一重要原因就是吸附式制冷所用的吸附劑為多孔介質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)偏低[11]。所以，解決吸附制冷系統(tǒng)制冷效率低下的關(guān)鍵點(diǎn)是緩解吸附劑傳熱傳質(zhì)矛盾[12]，提高吸附劑導(dǎo)熱性能。

本文通過(guò)在吸附劑中添加高導(dǎo)熱性能材料（如鐵屑、鋁屑、銅屑），配制不同質(zhì)量比的混合式吸附劑，以期提高混合式吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)研究

本文采用同心球體導(dǎo)熱裝置進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖如圖1所示，主要由數(shù)據(jù)采集器和同心球體導(dǎo)熱裝置組成。同心球體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，球體由內(nèi)、外兩球殼組成，其中在內(nèi)球殼內(nèi)部裝有電加熱盤(pán)管，內(nèi)、外球殼之間裝填測(cè)試材料，并且在內(nèi)、外球殼上均布置有熱電偶，用以監(jiān)測(cè)溫度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

通過(guò)選取吸附劑活性炭與相應(yīng)金屬屑進(jìn)行混合，配制成實(shí)驗(yàn)所用的混合式吸附劑，按實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)其導(dǎo)熱性能進(jìn)行了測(cè)試，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

圖3、4、5為活性炭與不同金屬屑按一定比例混合時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，從圖中可以得出，隨著活性炭與金屬屑比例的增加，吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)整體呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)。選取活性炭與金屬屑比例10∶1至10∶10，對(duì)于活性炭與鐵屑、活性炭與銅屑組成的混合式吸附劑，當(dāng)比例為10：8時(shí)，混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到較高；而對(duì)于活性炭與鋁屑組成的混合式吸附劑，當(dāng)活性炭與鋁屑比例為10∶9時(shí)，混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)為最高。

圖3為活性炭與鐵屑不同比例情況下吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線(xiàn)，由圖可知，在比例10∶1和10∶5之間，曲線(xiàn)變化很平緩，導(dǎo)熱系數(shù)增長(zhǎng)較為緩慢，從最小值為10∶1時(shí)的0.1308 W/（m·k）到最大值為10∶4時(shí)的0.1385 W/（m·k），僅增長(zhǎng)6%；當(dāng)比例為10∶6時(shí)有較大變化，且在比例10∶8時(shí)達(dá)到最大，最大值為0.1838 W/（m·k），之后混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小。

圖4顯示為活性炭與鋁屑不同比例情況下吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)，在比例10∶1和10∶3之間導(dǎo)熱系數(shù)增長(zhǎng)較快，之后隨比例增加導(dǎo)熱系數(shù)增長(zhǎng)緩慢，且比例10∶4和10∶5較為特殊，混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)稍微有所減少。從圖中可以看出，當(dāng)比例為10∶9時(shí)，混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)最高。

圖5顯示為活性炭與銅屑不同比例情況下吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)，隨著活性炭與銅屑比例的增加，混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，在10∶1到10∶4之間增長(zhǎng)較慢，而在10∶4到10∶8之間漲幅較大，平均漲幅為11%，且當(dāng)比例為10∶8時(shí)達(dá)到最高，最大值為0.2438 w/（m·k），之后導(dǎo)熱系數(shù)隨著混合比例的升高而下降。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上3種混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論。

（1）在活性炭與各金屬混合初期，即混合比例小于10∶5時(shí)，各混合式吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)增長(zhǎng)較為緩慢；此后，隨著混合比例的增加，各混合式吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)均出現(xiàn)較大漲幅，且活性炭-鐵屑和活性炭-銅屑混合式吸附劑在比例為10∶8時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最大值，而活性炭-鋁屑混合式吸附劑的最大值出現(xiàn)在混合比例為10∶9。對(duì)于活性炭-鋁屑混合式吸附劑而言，其導(dǎo)熱系數(shù)值在混合比例為10∶3時(shí)已經(jīng)很高，此后隨著混合比例增加雖然有增長(zhǎng)，增加量卻不大，因此該混合式吸附劑最佳混合比例可選為10∶3，避免繼續(xù)增大比例而導(dǎo)致混合式吸附劑吸附性能下降。

（2）在10∶1到10∶4之間，活性炭-鋁屑和活性炭-銅屑混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)相差不大，活性炭-鐵屑混合式吸附劑較二者均低；在10∶5以后，活性炭-銅屑混合式吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)大幅增長(zhǎng)，活性炭-鐵屑混合式吸附劑也出現(xiàn)較大增長(zhǎng)，并在比例為10∶8時(shí)超過(guò)活性炭-鋁屑混合式吸附劑，但始終低于活性炭-銅屑混合式吸附劑。

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