THE PERFORMANCE ANALYSIS OF A SILICA GEL/WATER ADSORPTION CHILLER AND DYNAMIC HEAT AND MASS TRANSFER CHARACTERISTICS OF ITS ADSORBENT BED: A PARAMETRIC STUDY

İki adsorban yataklı silika jel/su çalışma çiftini kullanan adsorpsiyonlu soğutma sisteminin performansı ve sistemin adsorban yatak boyutlarının, ısı değiştirici akışkan hızının ve adsorban tanecik çapının zamana bağlı olarak katı fazın sıcaklık dağılımı, adsorplanan konsantrasyonu ve basınç dağılımı üzerine etkileri sayısal olarak bu çalışmada incelenmiştir. Zamana bağlı iki boyutlu ve lokal olarak ısıl dengenin olmadığı iç ve dış kütle transfer dirençlerini dikkate alan sayısal bir model söz konusu sistemi incelemek için geliştirilmiştir. İç ve dış kütle transfer dirençleri sırasıyla doğrusal itici güç modeli ve Darcy denklemi vasıtasıyla hesaplanmıştır. Parametrik çalışma neticesinde artan adsorban tanecik çapının sistemin performans katsayısı ve özgül soğutma gücü üzerinde bir düşüşe yol açtığı bulunmuştur. Diğer taraftan, sistem performansının ısı değiştirici akışkan hızının değişiminden neredeyse bağımsız olduğu elde edilmiştir. Adsorban yatak kalınlığındaki bir artış sistemim performans katsayısında yükselmeye ve özgül soğutma gücünde ise düşüşe yol açmıştır. Adsorban yatak uzunluğunun sistem performansı üzerine olan etkisi ihmal edilebilecek düzeydedir. Parametrik çalışmamızın sonuçları bu tip adsorpsiyonlu soğutma sistemlerinin tasarımı için faydalı öneriler ortaya koymaktadır.

ADSORPSİYONLU SİLİKA JEL/SU SOĞUTMA SİSTEMİNİN PERFORMANS ANALİZİ VE ADSORBAN YATAĞININ DİNAMİK ISI VE KÜTLE TRANSFERİ DAVRANIŞI: PARAMETRİK ÇALIŞMA

The performance of two adsorbent bed silica gel-water adsorption chiller and the influences of its adsorbent bed dimensions, the velocity of heat exchange fluid and the adsorbent particle diameter on the transient distributions of the solid phase temperature, adsorbate concentration and the pressure are numerically examined in this study. A transient two-dimensional local thermal non-equilibrium model that takes into account both internal and external mass transfer resistances is developed to simulate the adsorption chiller considered herein. The internal and external mass transfers are predicted by the linear driving force (LDF) model and Darcy's equation, respectively. It is found that an increase in the adsorbent particle diameter results in the decrease in both the coefficient of performance (COP) and specific cooling power (SCP) of the adsorption chiller. On the other hand, the system performance is nearly independent from the variation of velocity of heat exchange fluid. An increase in the bed thickness leads to an increase in COP and a decrease in the SCP. The influence of adsorbent bed length on the performances of system can be neglected. The results of our simulations provide useful guidelines for the design of this type of adsorption chillers.

___

  • Ahmed R.M. R., and Raya K. A.D., 2012, Physical and operating conditions effects on silica gel/water adsorption chiller performance, Applied Energy, 89, 142-149.
  • Alam K.C.A., Saha B.B., Akisawa A., 2015, Adsorption cooling driven by solar collector: A case study for Tokyo solar data, Applied Thermal Engineering, 50, 1603-1609.
  • Anyanwu E.E., 2000, Environmental pollution: restructuring the refrigeration industry as a way out, Environment Protection Engineering, 26, 17-27.
  • Anyanwu E.E., 2003, Review of solid adsorption solar refrigerator I: an overview of the refrigeration cycle, Energy Conversion and Management, 44, 301-312.
  • Chahbani M.H., Labidi J., Paris J., 2002, Effect of mass transfer kinetics on the performance of adsorptive heat pump systems, Applied Thermal Engineering, 22, 23- 40.
  • Chahbani M.H., Labidi J., Paris J., 2004, Modeling of adsorption heat pumps with heat regeneration, Applied Thermal Engineering, 24, 431-447.
  • Chekirou W., Chikouche A., Boukheit N., Karaali A., Phalippou S., 2014, Dynamic modeling and simulation of the tubular adsorber of a solid adsorption machine powered by solar energy, Int. J. Refrigeration, 39, 137- 151.
  • Dai Y.J., Sumathy K., 2003, Heat and mass transfer in the adsorbent of a solar adsorption cooling system with glass tube insulation, Energy, 28, 1511-1527.
  • Di J., Wu J.Y., Xia Z.Z., Wang R.Z., 2007, Theoretical and experimental study on characteristics of a novel silica gel-water chiller under the conditions of variable heat source temperature, Int. J. Refrigeration, 30, 515- 526.
  • Duval F., Fichot F., Quintard M., 2004, A local thermal non-equilibrium model for two-phase flows with phasechange in porous media, Int. J. Heat Mass Transfer, 47, 613-639.
  • Fadar A.E., Mimet A., Garcia M.P., 2009, Modeling and performance study of a continuous adsorption refrigeration system driven by parabolic trough solar collector, Solar Energy, 83, 850-861.
  • Jemni A., Nasrallah S.B., 1995, Study of twodimensional heat and mass transfer during absorption in a metal-hydrogen reactor, Int. J. Hydrogen Energy, 20, 43-52.
  • Leong K.C., Liu Y., 2004, Numerical study of a combined heat and mass recovery adsorption cooling cycle, Int. J. Heat Mass Transfer, 47, 4761-4770.
  • Leong K.C., Liu Y., 2006, System performance of a combined heat and mass recovery adsorption cooling cycle: A parametric study, Int. J. Heat and Mass Transfer, 49, 2703-2711.
  • Louajari M., Mimet A., Ouammi A., 2011, Study of the effect of finned tube adsorber on the performance of solar driven adsorption cooling machine using activated carbon-ammonia pair, Applied Energy, 88, 690-698.
  • Lu Z.S., Wang R.Z., 2013, Performance improvement by mass-heat recovery of an innovative adsorption airconditioner driven by 50-80°C hot water, Applied Thermal Engineering, 55, 113-120.
  • Mers A.A, Azzabakh A., Mimet A., Kalkha H.E., 2006, Optimal design study of cylindrical finned reactor for solar adsorption cooling machine working with activated carbon-ammonia pair, Applied Thermal Engineering, 26, 1866-1875.
  • Mhimid A., 1998, Theoretical study of heat and mass transfer in a zeolite bed during water desorption: validity of local thermal equilibrium assumption, Int. J. Heat Mass Transfer, 41, 2967-2977.
  • Mitra S., Kumar P., Srinivasan K., Dutta P., 2014, Simulation study of a two-stage adsorber system, Applied Thermal Engineering, 72, 283-288.
  • Miyazaki T., Akisawa A., Saha B.B., El-Sharkawy I.I., Chakraborty A., 2009, A new cycle time allocation for enhancing the performance of two-bed adsorption chillers, Int. J. Refrigeration, 32, 846-853.
  • Sakoda A., Suzuki M., 1984, Fundamental study on solar power adsorption cooling system, Journal of Chemical Engineering of Japan, 17, 52-57.
  • Solmuş İ., Rees D.A.S., Yamalı C., Baker D., 2012, A two-energy equation model for dynamic heat and mass transfer in an adsorbent bed using silica gel/water pair, Int. J. Heat and Mass Transfer, 55, 5275-5288.
  • Solmuş İ., Rees D.A.S., Yamalı C., Baker D., Kaftanoğlu B., 2012, Numerical investigation of coupled heat and mass transfer inside the adsorbent bed of an adsorption cooling unit, Int. J. Refrigeration, 35, 652-662.
  • Solmuş İ., Yamalı C., Yıldırım C., Bilen K., 2015, Transient behavior of a cylindrical adsorbent bed during the adsorption Process, Applied Energy, 142, 115-124.
  • Solmuş İ., Yıldırım C., 2014, Adsorpsiyonlu bir soğutma sisteminin performansının farklı çalışma çiftleri için teorik analizi, Journal of Thermal Science and Technology, 34, 29-37.
  • Wang D.C., Li Y.H., Li D., Xi Y.Z. and Zhang J.P., 2010, A review on adsorption refrigeration technology and adsorption deterioration in physical adsorption systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 344-353.
  • Wu W.D., Zhang H., Sun D.W., 2009, Mathematical simulation and experimental study of a modified zeolite 13X-water adsorption refrigeration module Applied Thermal Engineering, 29, 645-651.
  • Zhang L.Z., 2000, A three dimensional non-equilibrium model for an intermittent adsorption cooling system, Solar Energy, 69, 27-35.
  • Zhang L.Z., Wang L., 1999, Effects of coupled heat and mass transfers in adsorbent on the performance of a waste heat adsorption cooling unit, Applied Thermal Engineering, 19, 195-215.
  • Zhang X.J., Liu H.X., Wang R.Z., Shi F., 2002, Numerical simulation of heat transfer in regenerator of solid adsorption refrigeration system, Renewable Energy, 26, 599-610.
Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-3615
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 1977
  • Yayıncı: TÜRK ISI BİLİMİ VE TEKNİĞİ DERNEĞİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Bir Çekici Römork Aracında Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemleri ile İyileştirilmesi

Yahya Erkan AKANSU, Cihan BAYINDIRLI, Mehmet SEYHAN

MODELING OF TWO-DIMENSIONAL SOLIDIFICATION OF A FINITE CYLINDER

Zafer DURSUNKAYA, Gülnihal ODABAŞI

Erzincan İlindeki Binalarda Isı Yalıtımının Enerji Tasarrufuna Etkisinin Ekonomik Analizi

Mehmet KAYA, İlker FIRAT, Ömer ÇOMAKLI

THERMO ECONOMICAL OPTIMIZATION OF PLATE TYPE OF HEAT EXCHANGERS FOR WASTE HEAT RECOVERY

M YILDIRIM, M S SÖYLEMEZ

Kapalı Döngü Bir Isı Pompalı Kurutma Sisteminin Performans Analizi

Cüneyt TUNÇKAL, Salih COŞKUN, Seçil ERDOĞAN

THE PERFORMANCE ANALYSIS OF A SILICA GEL/WATER ADSORPTION CHILLER AND DYNAMIC HEAT AND MASS TRANSFER CHARACTERISTICS OF ITS ADSORBENT BED: A PARAMETRIC STUDY

Billel MEBARKİ, Rabah GOMRİ, İsmail SOLMUŞ

HCFC-22 Yerine Kullanılan Bazı HFC’lerin Çevresel Etkilerinin Deneysel Olarak Karşılaştırılması

Atilla G. DEVECİOĞLU, Vedat ORUÇ

Farklı Kanat Isı İletim Katsayıları ve Geometrik Parametreler için Kanatlı Borulu Isı Değiştiricilerin Üç Boyutlu Bütünleşik Sayısal Analizi

Mustafa MUTLU, Muhsin KILIÇ

Bir Adsorbent Yatakta Isobarik Adsorpsiyon Prosesi için Yerel Isıl Denge ve Sabit Basınç Kabulunun Doğrulanması

Gamze GEDIZ ILIS, Moghtada MOBEDI, Semra ÜLKÜ

Evaporatif Soğutulan Kondensere Sahip Hava Soğutmalı Soğutma Grubunun 3 İklim Tipi için İncelenmesi

Sezgi KOÇAK SOYLU, İbrahim ATMACA