Application of experimental and numerical methodologies for the development of an absortion heat pump for solar-driven systems
Authors:   , Zheng Jian 
Published: February 2024

(English) The topics explained in this thesis are organized in different chapters. A summary of the contents is given below:
Chapter 2. Details of working pairs and properties with numerical modelling and experimental validation.
Some thermodynamical/thermophysical properties of working fluid pairs are experimentally measured or mathematically modelled. The related properties are specific entropy, specific exergy, activity coefficients, electrical conductivity, surface tension, contact angle, and properties of nanofluid working pairs.
Chapter 3. Measurement of minimum wetting rate and dry patch method modelling.
Minimum Wetting Rate (MWR) is measured on vertical tubes with various solid materials, and the effect of super hydrophilic coating surface and surfactant is studied. The content in this chapter is focused on the flow pattern of falling film and effect from surface treating, surfactants to it.
Chapter 4. Theoretical and numerical solutions of vertical falling film in mass and heat transfer problem.
The heat transfer in the vertical falling film is investigated with analytical solutions, numerical modelling, and experimental validation. Also, falling film absorption is simulated using the smooth laminar theory for the working pairs LiBr-H2O and Carrol-H2O. Moreover, the impact of nanofluid with Al2O3 is also studied. The content in this chapter is focused on the heat and mass transfer of the verticalfalling film.
Chapter 5. Numerical studies on an air-cooled absorption machine.
Steady-state and dynamic simulations for the absorption system with different working pairs (LiBrH2O and Carrol-H2O) are carried out. Energy and exergy analysis is employed to demonstrate the effect of the working fluid pairs on the absorption system. In this chapter, the work will be focused on the energy and exergy analysis of the absorption system to locate an optimal operating condition or strategy.
Chapter 6: Air-cooled absorption machine simulation with performance enhancement.
Heat and mass transfer performance enhancements are employed in the simulation to predict enhanced performance. Surface treating components, surfactants, nanofluid, and mechanical vibration are studied to predict their effect on the final system performance. In this chapter, the work will be focused on the various methods of enhancements to the absorption system performance to achieve better performance.
Chapter 7. Integration of the air-cooled machine in a solar heating/cooling system.
An FPC with TIM and aerogel is demonstrated for this work and described with experimental results. Then the solar collector is introduced to the absorption system as the heat source, and the whole system is simulated with the same platform. Meteorology data from Spain are employed to predict a long-term (5 days) real-time performance (winter and summer seasons) of the solar-assisted absorption system and the solar fraction.
Chapter 8: General conclusions and future work.
(Español) Los temas explicados en esta tesis están organizados en diferentes capítulos. Se presenta un resumen de los contenidos a continuación:
Capítulo 2. Detalles de los working-pairs y propiedades con modelado numérico y validación experimental. Algunas propiedades termodinámicas/termofísicas de los working-pairs son medidas experimentales o modeladas matemáticamente. Las propiedades relacionadas son entropía específica, exergía específica, coeficientes de actividad, conductividad eléctrica, tensión superficial, ángulo de contacto y propiedades de pares de trabajo de nanofluidos.
Capítulo 3. Medición de la Minimum wetting rate(MWR) y modelado del Dry-patch.
Minimum wetting rate (MWR) se mide en tubos verticales con diversos materiales sólidos, y se estudia el efecto de la superficie revestida súper hidrofílica y el surfactante. El contenido de este capítulo se centra en el patrón de flujo de la falling-film y en el efecto del tratamiento de superficie y los surfactantes sobre ella.
Capítulo 4. Simulaciones numéricas de la falling-film vertical en el problema de transferencia de masa y calor.
Se investiga la transferencia de calor en la falling-film vertical con soluciones analíticas, modelado numérico y validación experimental. Además, se simula la absorción de la falling-film utilizando la teoría laminar suave para LiBr-H2O y Carrol-H2O. Además, se estudia el impacto de los nanofluidos con Al2O3. El contenido de este capítulo se centra en la transferencia de calor y masa de la falling-film vertical.
Capítulo 5. Estudios numéricos sobre una máquina de absorción enfriada por aire.
Se llevan a cabo simulaciones en estado estacionario y dinámicas para el sistema de absorción con diferentes working-pairs (LiBr H2O y Carrol-H2O). Se emplea el análisis energético y exergético para demostrar el efecto de las working-pairs en el sistema de absorción. En este capítulo, el trabajo se centrará en el análisis energético y exergético del sistema de absorción para localizar una condición o estrategia óptima de funcionamiento.
Capítulo 6: Simulación de una máquina de absorción enfriada por aire con mejora de rendimiento.
Se emplean mejoras en el rendimiento de transferencia de calor y masa en la simulación para predecir un rendimiento mejorado. Se estudian componentes de tratamiento de superficies, surfactantes, nanofluidos y vibraciones mecánicas para predecir su efecto en el rendimiento final del sistema. En este capítulo, el trabajo se centrará en los diversos métodos de mejora del rendimiento del sistema de absorción para lograr un mejor rendimiento.
Capítulo 7. Integración de la máquina enfriada por aire en un sistema de calefacción/ refrigeración solar.
Se demuestra un colector solar plano con TIM y aerogel para este trabajo y se describe con resultados experimentales. Luego, se introduce el colector solar en el sistema de absorción como fuente de calor, y se simula todo el sistema con la misma plataforma. Se emplean datos meteorológicos de España para predecir un rendimiento en tiempo real a largo plazo (5 días) (temporadas de invierno y verano) del sistema de absorción asistido por energía solar y la fracción solar.