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随着全球人口的不断增长以及社会的持续进步,化石燃料的大量使用造成了日渐严重的环境污染问题。传统的蒸汽压缩式制冷技术需要较多电能驱动,且采用氟氯烃(CFCs)、氢氟氯烃(HCFCs)等非环保型制冷剂,对臭氧层产生破坏,加剧了全球气候变暖。吸附式制冷技术以低品位热能作为驱动能源,具有无污染、节能特点,近20年备受关注。但吸附式制冷机组距大规模商用仍存在一定距离,主要原因是吸附剂导热性能较差,吸附剂与吸附床金属之间接触面积小,存在着较大的接触热阻,制冷剂气体流动过程及吸附、解吸过程也存在着一定的传质阻力。针对硅胶-水吸附式制冷系统吸附床的传热传质过程开展研究,本文构建翅片管式吸附床物理数学模型,实现对吸附/解吸过程进行动态仿真,明确吸附床结构参数以及循环周期等对制冷系统性能的影响,利用单纯形优化算法对吸附床结构参数和循环周期进行优化,进而提升吸附式制冷系统综合性能。本文的主要研究内容及结论如下:(1)首先构建硅胶-水工质对单吸附床模型,通过数值模拟方法,对吸附床内的传热传质、吸附解吸过程进行详细研究。获得了翅片结构参数、循环周期对吸附制冷系统性能的影响规律,研究结果表明:采用较短的翅片高度、间距及循环周期有利于提升系统SCP,而翅片厚度对SCP的影响较小,通过提升一倍翅片厚度,仅使系统SCP值小幅增加;为提高系统COP,应采用较短的翅片高度、适当的翅片间距、较薄的翅片厚度以及较长的循环周期;采用长、厚翅片、较大的翅片间距以及较短的循环周期,有利于提升吸附式制冷系统TCP。(2)通过设计L16(45)正交试验,利用方差分析方法分析试验结果,明确翅片高度、翅片间距、翅片厚度、循环周期对吸附制冷系统性能的影响程度,并筛选出最优设计方案。通过对正交实验结果进行方差分析表明:翅片高度、循环周期为四个因素中影响SCP最重要的两个因素,贡献程度分别为48.60%、26.43%;循环周期、翅片厚度为影响COP最重要的两个因素,贡献程度分别为55.70%、27.54%;翅片高度、循环周期、翅片间距均对系统TCP具有显著影响,贡献程度分别为49.97%、35.75%、14.24%。通过正交实验最优组合求解,得到系统最优 SCP、COP、TCP 各为 161.12W/kg、0.613、0.173W。(3)为进一步提升硅胶-水吸附式制冷系统的综合性能,采用线性加权法将SCP、COP、TCP三个评价指标函数整合成一个优化目标函数,在吸附床结构优化过程中,确保SCP、COP、TCP在优化过程中具有同样的重要性,利用有限元分析方法以及Nelder-Mead单纯形优化算法进行相关研究,得到一种可使系统SCP、COP、TCP保持在较高水平的吸附床设计方案。优化结果表明:分别以SCP、COP、TCP为优化目标函数的单纯形优化计算分别需要:29、68、78次迭代过程即可得到最优解,最优解数值分别为:164.53W/kg、0.620、0.307W。以加权函数为目标的优化过程需要49次单纯形迭代,最优值为:2.08,所对应的系统SCP、COP、TCP值分别为:148.14W/kg、0.532、0.098W,相应的四因素取值分别为:循环周期1082.85s、翅片高度10.83mm、翅片间距2.24mm、翅片厚度0.40mm。从而,通过加权函数优化,获得了系统能量利用率高、制冷功率大、制冷量充足的翅片管吸附床优化设计方案。综上所述,本文通过分析吸附式制冷系统吸附床中的吸附/解吸过程,开展了吸附床结构参数以及循环周期对系统性能的影响研究,进一步以制冷系统三个性能指标SCP、COP、TCP的线性加权函数为优化目标,利用有限元法与单纯形优化算法相结合的方式对吸附床结构进行优化及改进,获得了翅片管式吸附床的优化设计方案,为硅胶-水吸附式制冷系统的优化设计提供理论基础。