沸石13X在開式吸附儲(chǔ)熱中“反應(yīng)波”現(xiàn)象研究

董浩暉，王麗偉

(上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海200240）

建筑能耗約占社會(huì)總能耗的1/3，其中供熱占了60%[1]。當(dāng)前建筑冬季供熱主要依靠煤等化石燃料的燃燒，帶來環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等嚴(yán)重問題。國(guó)家于2017 年大力推廣“清潔供熱”政策，其中高效利用太陽能、工業(yè)余熱和低谷電力來供熱是一項(xiàng)有效舉措[2-3]。而有效利用上述能源的主要瓶頸是其空間或時(shí)間上的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性[4]，儲(chǔ)熱技術(shù)被認(rèn)為是有效的可再生能源利用技術(shù)，通過能量?jī)?chǔ)存和按需釋放兩個(gè)過程實(shí)現(xiàn)供需平衡。在三類儲(chǔ)熱技術(shù)(顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱)當(dāng)中，隸屬于熱化學(xué)儲(chǔ)熱的吸附儲(chǔ)熱因其儲(chǔ)熱密度高和理論上熱量零損耗而獲得廣泛關(guān)注和研究[5-6]。應(yīng)用于建筑供熱的開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)直接以室內(nèi)濕空氣內(nèi)含有的水蒸氣作為吸附質(zhì)，通過其與反應(yīng)床內(nèi)填充的吸附劑發(fā)生吸附反應(yīng)，釋放熱量來獲得暖空氣給室內(nèi)供熱。該系統(tǒng)以太陽能或者低谷電力作為驅(qū)動(dòng)能源來再生吸附劑，能有效提高太陽能利用率和緩解電網(wǎng)負(fù)荷。

盡管開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)具有儲(chǔ)熱密度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和運(yùn)行、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)[7-8]，但采用不同類型吸附劑的開式吸附儲(chǔ)熱器表現(xiàn)出不同的輸出性能(穩(wěn)定/不穩(wěn)定輸出)[9]，當(dāng)前缺乏對(duì)其輸出性能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的有效手段，阻礙了該技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。從反應(yīng)機(jī)理和過程出發(fā)，足夠大的反應(yīng)床內(nèi)同時(shí)存在完全反應(yīng)區(qū)、反應(yīng)區(qū)和未反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生的吸附反應(yīng)是出口暖空氣熱量的來源，故反應(yīng)區(qū)在反應(yīng)床內(nèi)的停留時(shí)間及其內(nèi)吸附劑釋放的總吸附熱直接影響到輸出溫度大小和放熱時(shí)間。此外，由于吸附速率(10-6～10-2s-1量級(jí))較小，反應(yīng)床內(nèi)反應(yīng)區(qū)的長(zhǎng)度與反應(yīng)床長(zhǎng)度在同一個(gè)量級(jí)，反應(yīng)區(qū)的長(zhǎng)度和特性參數(shù)對(duì)整個(gè)反應(yīng)床的動(dòng)態(tài)吸附過程影響較大。而當(dāng)前開式吸附儲(chǔ)熱領(lǐng)域一般僅通過搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī)來測(cè)試不同吸附劑的輸出性能，缺乏基于反應(yīng)區(qū)特性從機(jī)理上解釋和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的輸出性能。Zhang 等[10]于2020 年初針對(duì)上述長(zhǎng)度不可忽略的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行研究，基于反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附速率(吸附熱功率)先升高后下降的特點(diǎn)，將反應(yīng)過程中不斷移動(dòng)的反應(yīng)區(qū)定義為“反應(yīng)波”，首次提出了“反應(yīng)波”模型，證明可以利用其來預(yù)測(cè)輸出溫度的穩(wěn)定性和計(jì)算穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)。“反應(yīng)波”描述的是反應(yīng)床內(nèi)反應(yīng)區(qū)的移動(dòng)情況，故上述研究本質(zhì)上是對(duì)反應(yīng)床內(nèi)反應(yīng)區(qū)的研究。沸石13X是一種廣為應(yīng)用的吸附劑，其成本低廉、儲(chǔ)熱密度高且性能穩(wěn)定，許多研究者將其應(yīng)用在所設(shè)計(jì)的開式吸附儲(chǔ)熱器當(dāng)中[11-14]，取得了較好的放熱效果。

基于上述“反應(yīng)波”研究成果，本文以沸石13X作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)紅外相機(jī)觀測(cè)裝置，記錄吸附過程中反應(yīng)床內(nèi)所有位置處吸附劑的溫度變化情況，進(jìn)而計(jì)算得到反應(yīng)波特性參數(shù)。進(jìn)一步研究了入口空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速和吸附劑粒徑對(duì)反應(yīng)波特性參數(shù)的影響。

1 “反應(yīng)波”描述及作用

“反應(yīng)波”描述的是開式吸附反應(yīng)床內(nèi)存在沿氣流方向勻速移動(dòng)的反應(yīng)區(qū)的現(xiàn)象，如圖1(a)所示，其長(zhǎng)度和移動(dòng)速度分別定義為波長(zhǎng)(λ)和波速(vrw)。根據(jù)吸附機(jī)理，恒溫恒濕(Tin，RHin)的入口空氣流經(jīng)足夠長(zhǎng)度的反應(yīng)床后，含有的水蒸氣與沿程吸附劑發(fā)生反應(yīng)，不斷升溫降濕，最終達(dá)到相同的吸附平衡狀態(tài)(Tout，RHout)，對(duì)應(yīng)的發(fā)生反應(yīng)的吸附劑所在區(qū)域稱為反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)不同位置處吸附劑處于不同的吸附狀態(tài)，體積放熱功率(吸附熱速率)在起點(diǎn)和終點(diǎn)處為0，在它們之間先升高后降低。未反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附劑的溫度等于反應(yīng)區(qū)出口空氣溫度，則反應(yīng)區(qū)出口空氣將以同樣的溫度和含濕量流出反應(yīng)床，即輸出溫度保持不變。反應(yīng)波的形狀可以采用不同位置處吸附劑的單位體積放熱功率(qv)來表征。

反應(yīng)波的關(guān)鍵作用在于對(duì)輸出性能的預(yù)測(cè)。如圖1(b)所示，反應(yīng)波在反應(yīng)床內(nèi)移動(dòng)過程包括進(jìn)入(部分波形→完整波形)、勻速移動(dòng)(完整波形)和移出(完整波形→部分波形)，由于反應(yīng)波面積的大小與釋放的吸附熱功率成正比，則上述三個(gè)移動(dòng)過程直接導(dǎo)致了輸出溫度曲線的上升、穩(wěn)定和下降三個(gè)階段[10]?？衫貌ㄩL(zhǎng)(λ)、波速(vrw)和吸附床長(zhǎng)度(L)來準(zhǔn)確預(yù)測(cè)穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)to,s

圖1 (a)“反應(yīng)波”的描述；(b)其移動(dòng)與輸出溫度曲線間的關(guān)系Fig.1 (a)the description of"reaction wave";(b)the relationship between its movement and the output temperature curve

2 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法

開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可調(diào)節(jié)參數(shù)主要為運(yùn)行工況和吸附劑粒徑，研究它們對(duì)輸出性能的影響即探究其對(duì)反應(yīng)波的波長(zhǎng)和波速的影響。本文選用在吸附儲(chǔ)熱領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用且吸附特性得到充分報(bào)道的沸石13X作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)紅外相機(jī)觀測(cè)裝置來觀測(cè)反應(yīng)波的波形和移動(dòng)情況，裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，各部件的尺寸參數(shù)見表1。為了不破壞反應(yīng)床內(nèi)部的溫度場(chǎng)，采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的石英玻璃管作為開式吸附反應(yīng)床，內(nèi)部填充沸石13X顆粒。在吸附劑兩端放置了帶濾網(wǎng)的過濾塞和可抽拉移動(dòng)的PVC 管，用于固定吸附劑顆粒及調(diào)節(jié)填充長(zhǎng)度，且實(shí)現(xiàn)吸附劑的靈活更換。整個(gè)玻璃管外包裹橡塑保溫棉，上面布置了一個(gè)觀察窗?？梢宰⒁獾?，為了滿足紅外相機(jī)的測(cè)量要求，觀測(cè)窗部分是沒有保溫措施的，這是本實(shí)驗(yàn)裝置的主要誤差來源。

圖2 反應(yīng)波的紅外相機(jī)觀測(cè)裝置Fig.2 The observation device of reaction wave using infrared camera

表1 紅外相機(jī)觀測(cè)裝置的尺寸參數(shù)Table 1 The size parameters of the observation device based on infrared camera

實(shí)驗(yàn)流程為：將沸石13X置于200 ℃的烘箱中完全再生，冷卻至室溫后，按目標(biāo)填充長(zhǎng)度緊密填充到玻璃管中。向玻璃管入口通入一定流速的恒溫恒濕空氣(由課題組搭建的開式吸附儲(chǔ)熱樣機(jī)[15]的溫濕度調(diào)節(jié)裝置和可調(diào)速的風(fēng)機(jī)提供)，采用紅外相機(jī)(FLIR T650SC，測(cè)量精度±1 ℃)記錄觀察窗范圍內(nèi)吸附劑溫度在吸附過程中的變化。分別在玻璃管進(jìn)出口采用溫濕度傳感器(Rotronic HC2-IC102，測(cè)量精度±0.1 ℃和±0.8%RH)測(cè)量進(jìn)出口空氣的溫度和相對(duì)濕度變化，采用熱線風(fēng)速儀(Kanomax 6533，測(cè)量精度±0.015 m/s)測(cè)量風(fēng)速。對(duì)于選定吸附劑的開式吸附儲(chǔ)熱器，實(shí)際運(yùn)行時(shí)可改變的條件包括入口空氣的相對(duì)濕度、風(fēng)速和吸附劑粒徑，據(jù)此選用的測(cè)試工況和吸附劑的填充情況見表2。

基于上述測(cè)得的吸附劑溫度數(shù)據(jù)計(jì)算了單位體積放熱功率qv，表征反應(yīng)床在不同時(shí)刻不同位置處的吸附劑的反應(yīng)情況，以及各個(gè)時(shí)刻的反應(yīng)波的形狀和位置，計(jì)算式為

表2 各組實(shí)驗(yàn)采用的吸附工況、吸附劑粒徑和反應(yīng)床長(zhǎng)度及填充孔隙率Table 2 The sorption conditions,sorbent particle size and the length and porosity of the reactor

式中，Cp,a和ρa(bǔ)分別指空氣的比熱容和密度；Vin為空氣流速，dT/dl 是反應(yīng)床內(nèi)吸附劑沿氣流方向上的溫度梯度。由于qv較小時(shí)對(duì)吸附熱貢獻(xiàn)不大且計(jì)算誤差較大，選取qv=30 kW/m3的位置分別作為反應(yīng)波的起點(diǎn)和終點(diǎn)。本文取出現(xiàn)完整波形的所有時(shí)刻的起點(diǎn)和終點(diǎn)間距離的平均值作為波長(zhǎng)，由波峰的時(shí)間-位置坐標(biāo)的最小二乘法擬合得到的斜率即為波速。

3 結(jié)果與分析

3.1 相對(duì)濕度的影響

圖3 三種不同相對(duì)濕度條件下沸石13X的反應(yīng)波的觀測(cè)結(jié)果和反應(yīng)床內(nèi)吸附劑溫度變化(Tin=20 ℃，vin=0.16 m/s)：(a)、(b)38%RHin；(c)、(d)60%RHin；(e)、(f)70%RHin；Fig.3 Reservation results of the reaction waves and temperature distributions of zeolite 13X under three different relative humidity(Tin=20 ℃,vin=0.16 m/s):(a),(b)38%RHin;(c),(d)60%RHin;(e),(f)70%RHin.

對(duì)于開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)而言，入口空氣的相對(duì)濕度受到環(huán)境濕度和系統(tǒng)附件-加濕裝置的影響，其變化會(huì)影響輸出溫度和儲(chǔ)熱密度。實(shí)驗(yàn)測(cè)得3種常見相對(duì)濕度(RHin=38%、60%和70%)條件下反應(yīng)床的所有位置處的吸附劑溫度隨時(shí)間的變化情況，并據(jù)此得到反應(yīng)波形狀和運(yùn)動(dòng)情況。入口空氣溫度和風(fēng)速分別取20 ℃和0.16 m/s，采用的沸石13X 的粒徑是2.70 mm。圖3(a)、(c)和(e)給出了直接觀測(cè)到的反應(yīng)床內(nèi)所有位置處吸附劑的溫度隨時(shí)間的變化情況，溫度最高的區(qū)域即反應(yīng)波區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)吸附劑溫度分布情況相同，不隨反應(yīng)時(shí)間發(fā)生變化，可以明顯看到反應(yīng)波進(jìn)入、移動(dòng)和移出三個(gè)過程。完全反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附劑溫度等于入口空氣溫度，而未反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附劑溫度等于反應(yīng)區(qū)出口的空氣溫度。此外可以觀察到，吸附劑可以達(dá)到的最高溫度隨著相對(duì)濕度的增加而增大，這是由增大相對(duì)濕度(水蒸氣壓力)會(huì)增加反應(yīng)熱的吸附機(jī)理決定的。圖3(b)、(d)和(f)給出了反應(yīng)波在整個(gè)吸附過程中的波形和運(yùn)動(dòng)情況，橫坐標(biāo)為反應(yīng)床位置，縱坐標(biāo)為時(shí)間，彩色區(qū)域表征反應(yīng)波，用黑色線標(biāo)注出反應(yīng)波完整出現(xiàn)的時(shí)間段，其兩側(cè)分別表示其進(jìn)入和離開階段。可以觀察到，表示有完整波形的反應(yīng)波的移動(dòng)階段的彩色區(qū)域近似分布在一個(gè)平行四邊形范圍內(nèi)，證明了反應(yīng)波勻速移動(dòng)且波長(zhǎng)保持不變。且可以觀察到隨著相對(duì)濕度的增加，波長(zhǎng)增大，且反應(yīng)波在反應(yīng)床內(nèi)的停留時(shí)間縮短，即波速增加。此外，可以注意到，吸附劑的單位體積放熱功率的峰值隨著相對(duì)濕度的增加而增大，這與儲(chǔ)熱量隨相對(duì)濕度增加而提高的規(guī)律相一致。由于玻璃管壁面散熱的影響，反應(yīng)波的qv的峰值隨時(shí)間減小。

圖4(a)給出了改變相對(duì)濕度時(shí)波長(zhǎng)和波速的變化規(guī)律，它們均隨著相對(duì)濕度的增加而增大：在38%、60%和70%三種相對(duì)濕度下的波長(zhǎng)分別為40.6 mm、43.5 mm 和54.7 mm，波速分別為15.2 mm/h、22.0 mm/h 和23.9 mm/h。上述變化出現(xiàn)的原因是相對(duì)濕度(水蒸氣壓力)的增加會(huì)提高吸附速率，即某位置處的吸附劑需要更少的時(shí)間完成吸附過程，即波速增加。同時(shí)入口濕空氣的含水量增加，濕空氣需要流經(jīng)更多的吸附劑達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，即波長(zhǎng)增加。進(jìn)而根據(jù)式(1)，對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)床，增大入口空氣的相對(duì)濕度時(shí)，穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)減小。圖4(b)給出了穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值[由式(1)得到]的對(duì)比。計(jì)算值與測(cè)量值的變化趨勢(shì)相同，且計(jì)算值相比測(cè)量值的相對(duì)誤差為9.7%～22.1%。

圖4 三種相對(duì)濕度條件下：(a)沸石13X的反應(yīng)波的波長(zhǎng)和波速變化；(b)穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值對(duì)比Fig.4 (a)the wavelength and wave speed of the reaction waves of zeolite 13X;(b)comparison of the calculation and measurement results of the stable lasting time under three different relative humidity

3.2 風(fēng)速的影響

風(fēng)速是開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)的另一個(gè)重要的運(yùn)行調(diào)節(jié)參數(shù)，直接影響到供熱風(fēng)量和輸出功率。圖5給出了粒徑為2.7 mm 的沸石13X 在0.16 m/s、0.31 m/s和0.38 m/s三種風(fēng)速下的吸附劑溫度分布情況以及反應(yīng)波的波形和運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)應(yīng)的吸附工況為Tin=20 ℃和RHin=60%。圖5(a)、(c)和(e)同樣展示了反應(yīng)波進(jìn)入、移動(dòng)和移出的過程，且其停留時(shí)間隨著風(fēng)速的增加而縮短。吸附劑達(dá)到的最高溫度大小幾乎不受風(fēng)速的影響，這是由于吸附熱僅由吸附溫度和水蒸氣的壓力決定，與水蒸氣流速無關(guān)。如圖5(b)、(d)和(f)所示，具有完整波形的反應(yīng)波的移動(dòng)過程在圖中可由平行四邊形區(qū)域表示，故三種風(fēng)速下反應(yīng)波長(zhǎng)恒定且勻速移動(dòng)。可以觀察到，增加風(fēng)速時(shí)，平行四邊形區(qū)域變得更狹長(zhǎng)，即波長(zhǎng)增大且反應(yīng)波在反應(yīng)床內(nèi)停留時(shí)間減小。此外，吸附劑的單位體積放熱功率的峰值也隨著風(fēng)速增加而增大。

圖5 三種不同風(fēng)速條件下沸石13X的反應(yīng)波的觀測(cè)結(jié)果(左)和反應(yīng)床內(nèi)吸附劑溫度變化(右)(Tin=20 ℃，RHin=60%)：(a)0.16 m/s；(b)0.31 m/s；(c)0.38 m/sFig.5 Reservation results of the reaction waves(left)and temperature distributions(right)of zeolite 13X under three different relative humidity(Tin=20 ℃and RHin=60%):(a)0.16 m/s;(b)0.31 m/s;(c)0.38 m/s

圖6(a)給出了改變風(fēng)速時(shí)波長(zhǎng)和波速的變化規(guī)律，它們均隨著風(fēng)速的增加而增大：在0.16 m/s、0.31 m/s 和0.38 m/s 三種風(fēng)速下的波長(zhǎng)分別為43.5 mm、54.6 mm 和74.3 mm，波速分別為22.0 mm/h、34.9 mm/h 和55.7 mm/h。出現(xiàn)上述規(guī)律的原因?yàn)榱魉僭龃髸?huì)強(qiáng)化傳質(zhì)，進(jìn)而提高吸附速率，故會(huì)增大波速，同時(shí)單位體積的濕空氣含有更多的水蒸氣，需要流經(jīng)更長(zhǎng)的反應(yīng)床來達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，即波長(zhǎng)增加。據(jù)此變化規(guī)律，由式(1)可推測(cè)，對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)床，提高風(fēng)速時(shí)，穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)減小。圖6(b)對(duì)比了穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值，計(jì)算值與測(cè)量值的變化趨勢(shì)相同，且計(jì)算值與測(cè)量值間的相對(duì)誤差為9.6%～33.8%。

3.3 吸附劑粒徑的影響

開式吸附儲(chǔ)熱系統(tǒng)選定吸附劑后，吸附劑粒徑是一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，直接影響到濕空氣的流動(dòng)阻力和吸附劑的吸附速率。圖7 給出了在Tin=20 ℃、RHin=60%和vin=0.16 m/s 的工況下，粒徑分別為2.70 mm、4.10 mm 和5.05 mm 的沸石13X 的反應(yīng)波的波形和運(yùn)動(dòng)情況及反應(yīng)床內(nèi)吸附劑溫度隨反應(yīng)時(shí)間的變化。圖7(a)、(c)和(e)表示吸附劑溫度的峰值也基本不受吸附劑粒徑的影響，這也是由于吸附熱僅由吸附溫度和水蒸氣壓力決定，不受其他因素影響。圖7(b)、(d)和(f)表示具有完整反應(yīng)波的范圍和位置的彩色區(qū)域的邊界是平行四邊形，表示反應(yīng)波沿氣流方向勻速移動(dòng)且波長(zhǎng)不變?？梢杂^察到，反應(yīng)波的波長(zhǎng)有增加的趨勢(shì)，停留時(shí)間有縮短的趨勢(shì)。

圖6 三種不同風(fēng)速條件下：(a)沸石13X的反應(yīng)波的波長(zhǎng)和波速；(b)穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值對(duì)比Fig.6 (a)the wavelength and wave speed of the reaction waves of zeolite 13X;(b)comparison of the calculation and measurement results of the stable lasting time under three different air velocity

圖7 三種不同粒徑的沸石13X的反應(yīng)波的觀測(cè)結(jié)果(左)和反應(yīng)床內(nèi)吸附劑溫度變化(右)(Tin=20 ℃，RHin=60%，vin=0.16 m/s)：(a)2.70 mm；(b)4.10 mm；(c)5.05 mmFig.7 Reservation results of the reaction waves(left)and temperature distributions(right)of zeolite 13X with three different particle sizes(Tin=20 ℃,RHin=60%and vin=0.16 m/s):(a)2.70 mm;(b)4.10 mm;(c)5.05 mm

圖8(a)給出了改變吸附劑粒徑時(shí)波長(zhǎng)和波速的變化情況，波長(zhǎng)隨粒徑的增加而增大且波速變化不大：粒徑為2.70 mm、4.10 mm和5.05 mm的沸石13X 波長(zhǎng)分別為43.5 mm、59.5 mm 和61.8 mm，波速分別為22.0 mm/h、26.9 mm/h和25.9 mm/h。增大吸附劑的粒徑會(huì)降低吸附速率，但同時(shí)也會(huì)增大水蒸氣的軸向擴(kuò)散速度，綜合表現(xiàn)為波長(zhǎng)增加且波速變化不大。圖8(b)給出了穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值[由式(1)得到]的對(duì)比。計(jì)算值與測(cè)量值的變化趨勢(shì)相同，且計(jì)算值相比測(cè)量值的相對(duì)誤差為0.4%～9.7%。

圖8 (a)三種不同粒徑的沸石13X的反應(yīng)波的波長(zhǎng)和波速；(b)穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量值和計(jì)算值對(duì)比。Fig.8 (a)the wavelength and wave speed of the reaction waves of zeolite 13X with three different particle sizes;(b)comparison of the calculation and measurement results of the stable lasting time

4 結(jié) 論

開式吸附反應(yīng)床內(nèi)存在的反應(yīng)波的特性參數(shù)可用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系統(tǒng)的輸出性能。本文通過搭建的紅外相機(jī)觀測(cè)裝置研究了填充沸石13X的開式吸附反應(yīng)床內(nèi)的反應(yīng)波現(xiàn)象，重點(diǎn)探究了入口空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速和吸附劑粒徑對(duì)特性參數(shù)-波長(zhǎng)和波速的影響，得到的主要結(jié)論如下。

（1）在整個(gè)吸附過程中，反應(yīng)床內(nèi)吸附劑溫度的峰值隨著相對(duì)濕度的增加而增大，不受風(fēng)速和吸附劑粒徑的影響。反應(yīng)波區(qū)域內(nèi)吸附劑溫度分布在整個(gè)反應(yīng)過程中保持恒定。完全反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附劑溫度等于入口空氣溫度，而未反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附劑溫度等于反應(yīng)區(qū)出口的空氣溫度。

（2）在所有測(cè)試工況下，反應(yīng)波均經(jīng)歷了進(jìn)入反應(yīng)床、在反應(yīng)床內(nèi)勻速移動(dòng)和離開反應(yīng)床三個(gè)階段，且勻速移動(dòng)階段波長(zhǎng)保持不變。具有完整波形的反應(yīng)波在反應(yīng)床內(nèi)的停留時(shí)間即穩(wěn)定輸出時(shí)長(zhǎng)，可以通過(反應(yīng)床長(zhǎng)度-波長(zhǎng))/波速進(jìn)行理論計(jì)算。測(cè)量值和計(jì)算值的相對(duì)誤差為0.4%～33.8%。

（3）入口空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速和吸附劑粒徑的改變對(duì)波長(zhǎng)和波速均有較大影響：增加入口空氣的相對(duì)濕度或風(fēng)速時(shí)，波長(zhǎng)和波速均增加；增大吸附劑的粒徑時(shí)，波長(zhǎng)增加，波速略有增加趨勢(shì)但變化不大。