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    熱泵中氨基甲酸銨分解反應特性及反應器結(jié)構優(yōu)化

    2023-10-14 07:53:10劉炫麟王驛凱戴蘇洲殷勇高
    化工進展 2023年9期
    關鍵詞:螺旋管管內(nèi)熱源

    劉炫麟,王驛凱,戴蘇洲,殷勇高

    (東南大學能源與環(huán)境學院,江蘇 南京 210096)

    熱泵技術是一種高效的余熱回收技術。相比于基于制冷劑相變的傳統(tǒng)熱泵,基于化學反應的化學熱泵能量變化更劇烈[1]。目前化學熱泵主要集中在中高溫工業(yè)余熱,常見物質(zhì)包括水合物[2]、氨合物[3]、氫氧化物[4]、氫化物[5]、碳酸鹽、有機物[6]等。由于缺少高效合適的化學反應,目前對回收低溫余熱的化學熱泵研究較少,尤其是60℃以下的余熱。

    氨基甲酸銨(ammonium carbamate,AC)是一種廉價易得的高能量密度材料,在電子設備冷卻[7-8]、太陽能儲熱[9]、熱管理[10]等領域有很大的應用前景。本文作者課題組基于AC 構建了一種低品位熱源驅(qū)動的新型化學熱泵循環(huán),并對不同形式的循環(huán)系統(tǒng)進行理論計算,研究表明:相比于傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng),基于AC 的吸附式系統(tǒng)[11]、壓縮式系統(tǒng)[12]、吸收-壓縮復合熱泵系統(tǒng)[13]等的性能均有明顯提高。Dai等[14]對基于AC新型壓縮式熱泵循環(huán)進行了對比研究,結(jié)果表明相比于R1234y 壓縮式熱泵循環(huán),AC 壓縮式熱泵循環(huán)COP 提高了37.1%,且溫度越高,AC 壓縮式熱泵循環(huán)的優(yōu)勢越明顯。以上工作主要是對系統(tǒng)熱力學性能進行分析研究,目前還缺少熱泵工況下AC 分解反應特性與反應器結(jié)構優(yōu)化的針對性研究。

    目前常見的熱化學反應器形式主要有釜式反應器、管式反應器、固定床反應器和流化床反應器等。其中管式反應器[15]符合AC 連續(xù)流動和快速反應的要求,且管式換熱具有體積小、表面積大、返混程度小、可控性高等特點。Cosquillo Mejia 等[16]比較研究了不同形式的三相殼管式熱化學反應器,發(fā)現(xiàn)管殼式反應器具有結(jié)構簡單、易于加工、便于更換內(nèi)部材料等優(yōu)點。Kowsaria 等[17]對平行扁管形熱化學反應器進行分析,利用數(shù)值模擬研究反應器幾何特征對性能的影響。因此本研究選用管式反應器作為AC分解反應器的基本形式。

    本文利用數(shù)值模擬對熱泵工況下AC 分解反應特性進行分析,研究不同因素對分解反應過程的影響規(guī)律,獲得分解反應在流動傳熱過程中的分解反應速率和轉(zhuǎn)化率等,并結(jié)合影響規(guī)律,對AC 反應器的管形和結(jié)構進行優(yōu)化分析,最終獲得適用于熱泵工況的AC 分解反應器的結(jié)構形式和參數(shù),為基于AC 化學反應的熱泵系統(tǒng)的搭建和優(yōu)化奠定了基礎。

    1 實驗系統(tǒng)介紹

    在熱泵工況下,基于AC 的分解反應特性研究系統(tǒng)如圖1 所示。為實現(xiàn)AC 在系統(tǒng)內(nèi)的流動,將AC 溶于溶劑乙二醇(ethylene glycol,EG)中,形成AC/EG 溶液。溶液中的AC會在20~100℃之間發(fā)生分解反應,分解生成二氧化碳(CO2)和氨氣(NH3),分解過程中伴隨吸熱效應,每千克氨基甲酸銨的分解焓高達2010kJ/kg[式(1)]。

    圖1 基于AC的分解反應特性研究系統(tǒng)

    系統(tǒng)由分解反應裝置、恒溫水浴、儲液罐、廢氣吸收罐、溶液泵和溫度傳感器組成。系統(tǒng)中的實驗儀器和精度如表1所示。其中分解反應裝置中設置跑道形螺旋管,跑道形管型可以通過破壞熱邊界層、增強流體渦流來增強換熱[18]。該系統(tǒng)主要包括兩種流體:水和AC/EG 溶液。水在管外側(cè)流動,AC/EG溶液在管內(nèi)側(cè)流動。儲存在儲液罐中的AC/EG 溶液經(jīng)溶液泵泵送至反應器的管中,溶液在管中流動時吸收管外熱水的熱量,發(fā)生分解反應。溶液流出反應器后流入氣液分離器,剩余的溶液流入另一個儲液罐,產(chǎn)生的氣體流入廢氣處理裝置。水側(cè)主要由恒溫水浴實現(xiàn)循環(huán)。

    表1 實驗儀器與精度

    實驗過程如下:首先打開恒溫水浴,等待水浴溫度和分解裝置的入口溫度穩(wěn)定在設定溫度;水側(cè)溫度穩(wěn)定后打開溶液泵,將溶液泵送至分解反應裝置;同時打開數(shù)據(jù)采集儀,監(jiān)測分解裝置中兩側(cè)溶液的進出口溫度;待兩側(cè)溫度穩(wěn)定后關閉溶液泵,完成實驗。實驗中設置對照組,對照組溶液側(cè)泵送EG。在分解反應裝置的溶液進出口與水側(cè)進出口布置溫度測點,溶液入口和水入口布置流量測點,由數(shù)據(jù)采集儀收集溫度數(shù)據(jù)。

    AC 在分解裝置中分解的量無法直接獲得,因此根據(jù)溶液分解裝置前后的溫度以及裝置內(nèi)熱水進、出口溫度算得的熱量,間接算得實驗過程中化學反應的量。分解裝置中流體的換熱量計算如式(2)所示。

    式中,q為熱量,W;m為質(zhì)量,kg;cp為定壓比熱容,kJ/(kg·K);Tin為入口溫度,℃;Tout為出口溫度,℃。

    每種工況對應的熱損失可根據(jù)式(3)計算。

    式中,qh為耗散熱量,W;qw為水側(cè)熱量,W;qEG為EG溶液側(cè)熱量,W。

    分解實驗過程中,AC 分解吸收的熱量可由式(4)計算得到。

    式中,qAC為AC溶液側(cè)熱量,W;qw,react為反應側(cè)水的熱量,W;qs,react為反應側(cè)AC/EG 溶液的熱量,W。

    由計算出的分解反應熱可計算得AC 分解反應的轉(zhuǎn)化率和反應速率,如式(5)~式(7)所示。

    式中,mAC,react為反應側(cè)AC 溶液的質(zhì)量,kg;ΔH為標準反應熱,kJ/kg。

    式中,X為AC 分解反應的平均轉(zhuǎn)化率,%;mAC,total為AC溶液的總質(zhì)量,kg。

    式中,r為AC分解反應的反應速率,kg/m3;V為AC溶液的體積,m3。

    2 CFD 計算模型與方法

    2.1 物理模型

    實驗系統(tǒng)中的跑道形螺旋管物理模型如圖2所示。本文研究對象是分解反應器內(nèi)AC/EG 溶液的管內(nèi)流動。由于實際的三維幾何模型計算網(wǎng)格較多,將實際的反應器模型簡化為對反應器內(nèi)跑道形螺旋管的模擬,忽略管外水的流動狀態(tài)。

    圖2 跑道形螺旋管物理模型示意圖

    2.2 數(shù)學模型

    本文反應器中的管內(nèi)流動遵循物理守恒定律,主要包括質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒,控制方程如式(8)、式(9)、式(10)所示。為了簡化本文的計算模型,根據(jù)參考文獻[19]對模擬中涉及的控制方程作出如下假設:

    ①AC/EG溶液與分解產(chǎn)生的氣體之間始終保持平衡狀態(tài);

    ②忽略管內(nèi)的輻射傳熱;

    ③假設AC 分解產(chǎn)生的二氧化碳和氨氣是理想氣體。

    基本控制方程如下,其中質(zhì)量守恒方程為式(8)。

    式中,T為溫度,K;vx、vy、vz為某種流體的速度值,m/s;λ為熱導率,W/(m·K);cp為定壓比熱容,kJ/(kg·K);ST為熵,J/K。

    氨基甲酸銨分解反應符合Arrhenius定律[20],其動力學方程如式(11)所示,組分輸運方程如式(12)所示。

    式中,k為指前因子,s;E為活化能,J/mol;Rg為理想氣體常數(shù),J/(mol·K)。

    式中,Yg為理想氣體質(zhì)量分數(shù),%。

    此外,管內(nèi)溶液中AC 會分解產(chǎn)生氣體,因此流動過程屬于氣液兩相流動,體積分數(shù)連續(xù)性方程可用式(13)表示。

    式中,pg為組分分壓力,Pa;αs為組分體積分數(shù),%。

    2.3 邊界條件與設置

    本模型中溶液入口設置為速度進口邊界條件,溶液入口速度在0.05~0.20m/s之間,入口溫度設置為25℃;溶液出口設置為壓力出口邊界條件;根據(jù)參考文獻[21]設置分解反應的活化能為57.5kJ/mol,指前因子為1.01×108s-1,反應級數(shù)為0.5;跑道形螺旋管外側(cè)壁面采用恒定溫度;內(nèi)側(cè)壁面與外側(cè)壁面存在導熱過程,同時與發(fā)生反應的溶液存在換熱過程,因此內(nèi)側(cè)壁面采用couple設置,自動迭代計算內(nèi)側(cè)壁面的溫度;其余壁面采用絕熱設置。由于管內(nèi)流動過程伴隨化學反應,是一個非穩(wěn)態(tài)過程,因此模擬采用非穩(wěn)態(tài)模擬。每項參數(shù)殘差設置為小于10-5時收斂。其余為默認設置。

    3 結(jié)果與討論

    3.1 模型驗證

    3.1.1 模型網(wǎng)格與時間步長無關性驗證

    模型網(wǎng)格與時間步長無關性驗證結(jié)果如表2所示。選取AC/EG 溶液流速為0.10m/s 的模型,保持其他設置一致,改變網(wǎng)格數(shù)量與時間步長進行模擬計算。綜合考慮運算速度和結(jié)果準確度,最終選定設置網(wǎng)格數(shù)為323 萬的網(wǎng)格、時間步長為0.10s 進行后續(xù)計算。

    表2 模型驗證結(jié)果對比

    3.1.2 實驗驗證

    本文選取三種流速對模型準確性進行驗證,選取的溶液流速為0.05~0.15m/s,其余設置與實際實驗參數(shù)保持一致。將溶液出口溫度、出口AC 質(zhì)量分數(shù)與模擬結(jié)果對比,對比結(jié)果如圖3所示。溶液出口溫度和出口AC 質(zhì)量分數(shù)的平均誤差分別為5.01%和2.02%,可認為實驗與數(shù)值模擬結(jié)果具有良好的一致性,因此可應用該模型進行進一步模擬計算。

    圖3 實驗與模擬結(jié)果對比

    3.2 AC反應分解特性分析

    為明確熱泵工況下AC 在管內(nèi)的分解特性,本文討論的熱源溫度區(qū)間為40~60℃。本節(jié)討論了穩(wěn)定狀態(tài)AC 在管內(nèi)的參數(shù)分布,并探究了溶液濃度、溶液速度和熱源溫度對反應過程的影響規(guī)律。

    3.2.1 AC分解過程參數(shù)分布

    設定分解過程在常壓下進行,管內(nèi)溶液AC 質(zhì)量分數(shù)為15%,溶液流速為0.10m/s,分別設定熱源溫度(管壁溫度)為40~60℃,AC 流動長度為5.2m。在上述模擬工況下,管內(nèi)的分解過程于170~190s 穩(wěn)定。圖4 和圖5 分別為200s 時管內(nèi)AC/EG溶液沿程的溫度分布和AC質(zhì)量分數(shù)分布規(guī)律示意圖。

    圖4 200s時沿程溶液溫度分布規(guī)律

    圖5 200s時沿程AC質(zhì)量分數(shù)分布規(guī)律

    從圖中可以看出,在穩(wěn)定狀態(tài)時,管內(nèi)溶液溫度呈上升趨勢。沿程AC 質(zhì)量分數(shù)呈下降趨勢,且下降速度越來越快。當熱源溫度為40℃時,由于傳熱溫差和效果限制,最后1m 的溶液溫度幾乎沒有變化。溶液在前50%管段溫度均不超過40℃,分解反應速率較慢,不同溫度下的AC 質(zhì)量分數(shù)幾乎重合。由于后50%管段溶液持續(xù)高溫,AC 質(zhì)量分數(shù)降低速度加快,不同熱源溫度的分布曲線呈現(xiàn)出明顯差異。綜合上述分析,管內(nèi)溫度和AC 分布變化較快的部分集中在后50%管程。

    3.2.2 溶液濃度對反應過程的影響

    反應溶液的濃度直接影響反應器中AC 分解的總量。設定AC/EG 溶液入口溫度25℃,溶液流速0.05m/s,管壁初溫60℃,對AC 質(zhì)量分數(shù)0%~20%的溶液進行模擬分析。不同溶液濃度下AC/EG 溶液在管內(nèi)的分解反應速率和反應平均轉(zhuǎn)化率如圖6所示。

    圖6 不同溶液濃度對分解反應速率及平均轉(zhuǎn)化率的影響

    從圖中可以看出,在其他條件不變時,隨著AC/EG溶液濃度的增加,管中分解反應速率和平均轉(zhuǎn)化率均略有提高。溶液濃度從0%增加到20%,熱源溫度60℃時管中的分解速率和轉(zhuǎn)化率分別上升了19.6%和14.6%,熱源溫度40℃時分解速率和轉(zhuǎn)化率分別上升了10.7%和11.4%。且溫度越高,濃度引起的變化越明顯。濃度引起反應進程的增加,主要是因為濃度越高,分解反應的驅(qū)動力越高,反應越容易發(fā)生。但是反應濃度對反應的影響有限,不是影響反應速率和轉(zhuǎn)化率的主要因素。

    3.2.3 溶液流速對反應過程的影響

    溶液流速范圍設置為0.05~0.20m/s,不同流速對反應過程的影響如圖7所示。溶液流速越低,分解反應速率越快,平均轉(zhuǎn)化率越高。流速從0.20m/s降低至0.05m/s,平均轉(zhuǎn)化率提高5~11 倍,反應速率提高2~4 倍。當溶液流速低至0.05m/s、熱源溫度為60℃時,平均轉(zhuǎn)化率最高為6.1%,反應速率為4.2g/(m3·s)。這主要是因為溶液流速越慢,反應物停留時間越長,會導致管中的反應進行程度越大。同時流速越慢,管內(nèi)溶液的平均溫度越高,反應速率加快,這也對反應轉(zhuǎn)化率的提高具有促進作用。當流速從0.20m/s降低至0.10m/s時,管壁與流體的傳熱速度大于反應速度且溶液平均溫度較低,因此分解反應速率和平均轉(zhuǎn)化率變化趨勢平緩。綜合以上分析,可通過增加停留時間(降低溶液流速或增加管長)提高管內(nèi)平均轉(zhuǎn)化率。

    圖7 不同溶液流速對反應速率及轉(zhuǎn)化率的影響

    3.2.4 熱源溫度對反應過程的影響

    熱源溫度直接影響管內(nèi)溶液的平均溫度,熱源溫度對分解反應速率和平均轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律如圖8所示。熱源溫度提高,分解反應速率和平均轉(zhuǎn)化率也逐漸提高。設定溶液流速0.05m/s,熱源溫度從40℃提高至60℃,反應速率和平均轉(zhuǎn)化率提高2~4 倍。60℃時反應速率達到4.18g/(m3·s),轉(zhuǎn)化率為6.1%。這主要因為熱源溫度升高,溶液平均溫度也隨之升高,AC分解工況會遠離反應平衡曲線,反應的驅(qū)動力增加,因此反應速率增加,轉(zhuǎn)化率也進一步增加。熱源溫度是影響化學反應過程的重要因素。因此在系統(tǒng)允許的溫度范圍內(nèi),應盡量提高熱源溫度,從而提高反應熱功率和轉(zhuǎn)化率。

    圖8 不同熱源溫度對反應速率及轉(zhuǎn)化率的影響

    3.3 AC分解反應器管型優(yōu)化

    基于上文對AC 管內(nèi)分解反應特性的分析,結(jié)果表明AC 在跑道形螺旋管中的平均轉(zhuǎn)化率不超過10%。在熱泵系統(tǒng)中,過低的轉(zhuǎn)化率會導致系統(tǒng)無法充分利用AC 可逆反應的熱效應,甚至無法正常運行。為了提高反應器中AC 的平均轉(zhuǎn)化率,需對分解反應器的管形進一步優(yōu)化。從常見的反應器管形中,下文選取了蛇形管、跑道形螺旋管、螺旋管三種管型(圖9),以平均轉(zhuǎn)化率為主要評價指標進行對比分析。

    圖9 管形結(jié)構示意圖

    3.3.1 平均轉(zhuǎn)化率對比

    圖10為穩(wěn)定狀態(tài)下三種管形量綱為1沿程分布與反應轉(zhuǎn)化率的對比示意圖。量綱為1沿程長度指的是溶液位置z與管程總長L的比值。取相同管長的反應器模型進行模擬對比分析,設定溶液流速0.05m/s,溶液入口溫度25℃,水側(cè)流速1m/s,水入口溫度60℃。從圖10 中可以看出,螺旋管后80%管程AC 均在快速分解,平均轉(zhuǎn)化率最高。蛇形管沿程AC轉(zhuǎn)化率一直保持在低位,不超過10%,跑道形螺旋管在后40%管程AC轉(zhuǎn)化率開始快速上升。當管型從蛇形管逐漸變化為螺旋管,AC 沿程分解轉(zhuǎn)化率和體平均轉(zhuǎn)化率均大幅度提高。利用Fluent自身基于體積的湍流強度進行分析(圖11),螺旋管的湍流強度明顯高于其他兩種管型,傳熱效果明顯增加,且傳熱增強導致管內(nèi)氣體增多,可進一步加強傳熱效果,最終導致螺旋管內(nèi)AC 分解轉(zhuǎn)化率最高。

    圖10 不同管型沿程分布與平均轉(zhuǎn)化率對比

    3.3.2 螺旋管反應器參數(shù)分布

    基于以上對于不同管型平均轉(zhuǎn)化率的分析,本節(jié)繼續(xù)對螺旋管反應器進行分析。反應器內(nèi)部螺旋管直徑10mm,螺旋半徑30mm,螺距16mm,螺旋圈數(shù)15圈。模擬工況與3.3.1節(jié)保持一致。圖12與圖13分別為螺旋管反應器中內(nèi)部溫度與AC質(zhì)量分數(shù)隨時間變化的云圖。50s 時,AC 尚未流出管外,反應器內(nèi)溫度尚未均勻,在AC/EG 溶液的相界面處,可看出密集的氣體分布(圖13)。100s后,反應器內(nèi)部溫度越來越均勻,管內(nèi)充滿溶液,氣體在管內(nèi)均勻產(chǎn)生。直至運行200s 時,反應器內(nèi)部已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。此時溶液流入管內(nèi),80%以上管程溫度均高于55℃,且溫度分布均勻,十分有利于溶液內(nèi)AC發(fā)生分解反應。

    圖12 螺旋管反應器內(nèi)部溫度分布隨時間變化云圖

    圖13 螺旋管反應器內(nèi)部AC質(zhì)量分數(shù)分布隨時間變化云圖

    綜合上述分析,螺旋管反應器是三種形式最適合AC 分解反應器的形式,螺旋管形可大幅度提高AC在管內(nèi)的平均轉(zhuǎn)化率。

    3.4 螺旋反應器結(jié)構優(yōu)化

    通過以上的模擬分析可以發(fā)現(xiàn),螺旋管反應器相比于蛇形管反應器和跑道形螺旋管在平均轉(zhuǎn)化率上有明顯的優(yōu)勢。為了增強該管型結(jié)構的優(yōu)勢、達到平均轉(zhuǎn)化率的目標,對螺旋管反應器進行結(jié)構優(yōu)化。

    本節(jié)主要研究了螺旋半徑、螺旋管直徑、螺旋圈數(shù)對反應器的影響。螺旋半徑選取30~70mm,螺旋管直徑選取8~12mm,螺旋圈數(shù)選取15~45圈。以管內(nèi)平均轉(zhuǎn)化率為參數(shù)指標,通過響應面分析各因素之間的交互影響。實驗設計采用Box-Behnken方法進行,響應面設計采用分析軟件Design Expert進行。三因素設計一共17組實驗,如表3所示,其中4組作為重復設計,驗證數(shù)據(jù)可靠性。

    表3 實驗設計參數(shù)設置

    經(jīng)過模型檢驗,擬合采用的響應曲面模型效果顯著(p<0.0001),且模型決定系數(shù)R2的值為0.9798。決定系數(shù)越接近1,說明設計的因素是重要因素,且擬合的模型是合理顯著的?;趯β菪霃?、螺旋管直徑、螺旋圈數(shù)各參數(shù)交互影響的分析,結(jié)果如圖14~圖16 所示。在選定的擬合模型下,參數(shù)之間存在明顯的兩兩交互作用。通過響應面分析可以得到三因素與平均轉(zhuǎn)化率之間的計算公式,如式(14)所示。利用該公式可以求得選取的三因素設計范圍內(nèi)的最優(yōu)值,從而得到反應器的最佳結(jié)構參數(shù)。

    圖14 螺旋半徑與管直徑對平均轉(zhuǎn)化率的交互影響

    圖15 螺旋半徑與螺旋數(shù)對平均轉(zhuǎn)化率的交互影響

    圖16 管直徑與螺旋數(shù)對平均轉(zhuǎn)化率的交互影響

    以平均轉(zhuǎn)化率為50%(即反應器出口處AC 轉(zhuǎn)化率100%)為優(yōu)化目標,螺旋管反應器的最佳結(jié)構參數(shù)與優(yōu)化前的結(jié)構參數(shù)如表4所示。相比原有反應器,螺旋半徑由30mm 增大到69.5mm,螺旋圈數(shù)由15增大至42,螺旋管直徑增大至11mm。通過優(yōu)化,平均轉(zhuǎn)化率達到理想值的50%(即出口處AC 轉(zhuǎn)化率達到100%)。優(yōu)化后結(jié)構的換熱面積是最初結(jié)構的5.1 倍,而優(yōu)化后結(jié)構的平均轉(zhuǎn)化率提高至最初結(jié)構的12.3倍,因此該結(jié)構加強了反應器中的反應過程,說明優(yōu)化過程有效。同時,將本文優(yōu)化后的螺旋反應器與目前已有研究的AC 反應器進行性能對比。Johnson 等[7]選用板式換熱器為AC反應器形式,研究了不同條件下的分解反應轉(zhuǎn)化率,出口處AC 分解轉(zhuǎn)化率最高為51%,遠低于本文優(yōu)化結(jié)構的轉(zhuǎn)化率。因此,螺旋半徑69.5mm、螺旋圈數(shù)42、螺旋管直徑11mm為適合熱泵工況運行的AC分解反應器的最佳結(jié)構。

    表4 螺旋管反應器優(yōu)化結(jié)果

    4 結(jié)論

    本文以研究適用于熱泵工況下AC 分解反應的反應器結(jié)構為目的,利用數(shù)值模擬對AC 分解反應特性進行模擬分析和實驗驗證,并對反應器的管型和結(jié)構進行了優(yōu)化分析,得出以下結(jié)論。

    (1)熱源溫度40~60℃時,探究熱源溫度、溶液流速與溶液濃度對反應過程的影響規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn)溶液流速和熱源溫度是影響反應速率和平均轉(zhuǎn)化率的關鍵因素,其中溶液流速對反應的影響程度更高。流速從0.20m/s 降低至0.05m/s,平均轉(zhuǎn)化率提高5~11 倍,反應速率提高2~4 倍;而熱源溫度提高20℃,平均轉(zhuǎn)化率僅提高2~4倍;溶液濃度幾乎沒有影響。

    (2)對不同反應器管型進行對比分析,結(jié)果表明受到湍流強度的影響,螺旋管的傳熱效果最好,相同工況下螺旋管中平均轉(zhuǎn)化率最高。同時螺旋管中80%管程處于接近熱源溫度的高溫狀態(tài),非常有利于AC 分解反應的發(fā)生。因此基于AC 分解反應的反應器選擇螺旋管型。

    (3)利用響應曲面實驗設計并結(jié)合數(shù)值模擬,以平均轉(zhuǎn)化率為優(yōu)化目標,改變螺旋半徑、螺旋管直徑和螺旋圈數(shù)三因素進行結(jié)構優(yōu)化,獲得了目標范圍內(nèi)對平均轉(zhuǎn)化率的計算公式。優(yōu)化后結(jié)構的平均轉(zhuǎn)化率從4.1%提升至目標值50.3%,有明顯提升,是一種適合熱泵工況下AC分解反應的結(jié)構。

    對AC 分解反應器的分析和優(yōu)化,為基于AC的熱泵循環(huán)提供了理論基礎和指導意義,但是目前對于AC 分解反應器優(yōu)化的評價指標過于單一,沒有考慮傳熱、運行時間等,未來可作進一步研究。

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