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基于数据中心超低温余热驱动的PbCl2复合吸附剂-NH3吸附制冷和动力学特性研究
Kinetic Investigation of PbCl2 Composite Adsorbent-NH3 Adsorption Refrigeration System Driven by Ultra-Low-Grade Waste Heat from Data Centers
- 制冷学报 2026年 页码：1-11
- 作者机构：
上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240
- 作者简介：
王丽伟，女，教授，上海交通大学机械与动力工程学院，13585984675，E-mail：lwwang@sjtu.edu.cn。研究方向：氨储存与利用，热驱动能源转换循环，碳捕集，液流电池。Wang Liwei， female， professor， School of Mechanical Engineering，Shanghai Jiao Tong University， 86-13585984675， E-mail：lwwang@sjtu.edu.cn. Research fields： ammonia storage and utilization， thermally driven energy conversion cycle， carbon capture， flow battery.
- 基金信息：国家自然科学基金(52236004)
DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250715002
中图分类号： TB61+1;TK115;TQ028.15- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250715002
收稿：2025-07-15，
修回：2025-08-04，
录用：2025-08-27，
网络首发：2026-03-24，
- 稿件说明：
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陈林蕊,袁炳志,张宸等.基于数据中心超低温余热驱动的PbCl2复合吸附剂-NH3吸附制冷和动力学特性研究[J].制冷学报,
Chen Linrui Yuan Bingzhi Zhang Chen Chen Xiaoou Wang Liwei.Kinetic Investigation of PbCl2 Composite Adsorbent-NH3 Adsorption Refrigeration System Driven by Ultra-Low-Grade Waste Heat from Data Centers[J].Journal of Refrigeration,
陈林蕊,袁炳志,张宸等.基于数据中心超低温余热驱动的PbCl2复合吸附剂-NH3吸附制冷和动力学特性研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250715002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250715002.
Chen Linrui Yuan Bingzhi Zhang Chen Chen Xiaoou Wang Liwei.Kinetic Investigation of PbCl2 Composite Adsorbent-NH3 Adsorption Refrigeration System Driven by Ultra-Low-Grade Waste Heat from Data Centers[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250715002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250715002.
摘要
为实现数据中心低温余热的高效回收利用，本文系统研究了PbCl
2
复合吸附剂-NH
3
的吸附解吸及制冷性能，并构建适用于系统尺度的新型动力学模型。结果表明，在30 ℃环境温度下，PbCl
2
复合吸附剂在52 ℃时循环吸附量达0.295 g/g；在10~25 ℃蒸发温度范围内可以实现有效吸附。系统COP随着蒸发温度从0.26提升至0.44，解吸温度存在最优区间，在48 ℃时综合性能达到最优。动力学建模方面，准二级模型虽能较好地描述吸附过程，但在解吸过程拟合误差较大；Sigmoid模型更适合描述典型的单峰式动力学行为，对吸附初期速率变化的描述能力有限。相比之下，本文引入的不完全Gamma函数模型通过灵活可调的形状因子和时间尺度系数，分别控制曲线形貌与拖尾行为，在吸附与解吸过程中的拟合优度分别达到99.1%和97.3%。该模型可准确刻画全过程动力学特征，有效弥补传统模型参数波动大、计算复杂及在系统尺度适应性差等不足，为低温吸附制冷系统的建模优化与工程应用提供了理论支持。
Abstract
To achieve the efficient recovery and utilization of low-grade waste heat from data centers， this study systematically investigates the adsorption-desorption characteristics and refrigeration performance of the PbCl
2
composite adsorbent
-NH
3
， and establishes a novel system-scale kinetic model. Results indicate that at an ambient temperature of 30 ℃，
the PbCl
2
sorbent achieves a cyclic adsorption capacity of 0.295 g/g at 52 ℃， with effective adsorption observed within the evaporation temperature range of 10 ℃ to 25 ℃. The coefficient of performance （COP） of the system increases from 0.26 to 0.44 with the evaporation temperature. There is an optimal range for the desorption temperature， and the comprehensive performance is optimized at 48 ℃. With respect to kinetic modeling， although the pseudo-second-order model adequately describes the adsorption process， it exhibited substantial fitting errors during desorption. While the Sigmoid model better captures typical unimodal kinetic behavior， it lacks accuracy when describing initial rate variations. In contrast， the newly proposed incomplete gamma function model， which has a flexibly adjustable shape factor and time-scale coefficient， controls the curve morphology and tailing behavior， achieving goodness of fit values of 99.1% and 97.3% for the adsorption and desorption processes， respectively. This model can accurately characterize the entire kinetic process， effectively overcoming the shortcomings of traditional models， such as large parameter fluctuations， complex calculations， and poor adaptability at the system scale. The proposed model provides theoretical support for the modeling optimization and engineering application of low-temperature adsorption refrigeration systems.
关键词
Keywords
references
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