بررسي عددي تاثير ساختار هندسي مبدل گرمايي صفحه-تخت بر عملكرد چيلر جذب سطحي

Numerical investigation on the effect of flat-tube heat exchanger geometrical structure on the performance of adsorption chiller

در اين پژوهش با استفاده از مدل پارامترهاي توزيع‌شده، براي نخستين بار بستر جاذب يك چيلر جذب سطحي با مبدل صفحه-تختِ داراي فين‌هاي مستطيلي و ذوزنقه‌اي با جفتكاري سيليكاژل SWS-1L-آب به صورت سه‌بعدي و به روش حجم محدود شبيه‌سازي شده است. به منظور شناخت بهتر رفتار ديناميكي بستر، در ابتدا تاثير برخي از پارامترهاي مهم بر عملكرد سيستم از جمله تغييرات ميانگين فشار، دما و جذب لحظه‌اي بستر بر حسب زمان چرخه بررسي شده است. در ادامه يك مطالعه‌ي مقايسه‌اي جامع با مشخصه‌ي جرمي برابر، بين دو آرايش هندسي متفاوت از بسترهاي جاذب با فين‌هاي مستطيلي و ذوزنقه‌اي انجام گرفته است. بدين منظور توزيع دما، جذب لحظه‌اي و فشار درون بستر به همراه الگوهاي جريان بخار مبرد در زمان اتمام فرآيندهاي گرمايشي چرخه بعلاوه‌‌ي تاثير ارتفاع و فاصله‌ي بين فين‌هاي مستطيلي و ذوزنقه‌اي بر عملكرد سيستم ارزيابي شده است. در اين بررسي در طول بستر ثابت 20mm، محدوده‌ي تغييرات ارتفاع فين‌ 8-20mm و فاصله‌ي بين فين‌ها 3-12mm در نظر گرفته شده است. نتايج نشان داد، عملكرد بسترهاي مستطيلي و ذوزنقه‌‌اي به استثناي شرايطي كه متوسط فاصله‌‌ي بين فين‌‌ها 3mm و ارتفاع فين‌‌ها 14 و 20mm است، مشابه يكديگر مي‌‌باشند و در مشخصات هندسي اشاره‌‌شده، توان سرمايش مخصوص (SCP) بسترهاي مستطيلي تقريبا 5% و 17% (به ترتيب براي ارتفاع فين 14 و 20mm) بهتر از بسترهاي ذوزنقه‌‌اي است. بيشترين و كمترين SCP چيلر جذب سطحي با مبدل صفحه-تخت، به ترتيب882 و 163 W/kg براي كوچكترين و بزرگترين حجم بستر و شرايط در نظر گرفته‌‌شده در اين پژوهش به دست آمد.

In the present study, for the first time, adsorbent bed of SWS-1L/water adsorption chiller with rectangular and trapezoidal finned flat-tube heat exchanger has been simulated three dimensionally based on the distributed parameters model and finite volume method. Effects of some important parameters on the chiller performance such as bed averaged pressure, temperature and uptake variations with cycle time have been examined for better understanding of bed dynamic behavior. Also, a comparative study between two different configurations of adsorbent bed including rectangular and trapezoidal fins has been conducted based on identical length and adsorbent mass. For this purpose, bed temperature, uptake and pressure distributions as well as the vapor flow patterns at the end of heating cycle phases and also effects of fin height and spacing on the system performance have been studied. In this investigation at fixed bed length of 20mm, fin height and spacing variations have been examined in the range of 8-20mm and 3-12mm, respectively. Results indicated that the system performance with rectangular and trapezoidal adsorbent beds are almost similar except for those conditions in which fin spacing is 3mm and fin height is 14, 20mm. For the mentioned dimensions, the specific cooling power (SCP) of rectangular beds is almost 5% and 17% (for fin heights of 14 and 20mm, respectively) better than those of trapezoidal beds. Maximum and minimum SCP of adsorption chiller with flat-tube heat exchanger were obtained about 882 and 163W/kg for the smallest and the largest bed geometry and operating conditions considered in this study.