多出口扇形喷嘴干冰喷射速冻蓝莓特性研究

为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性,优化设计一种多出口扇形喷嘴,喷射出扇形干冰微粒射流,更均匀更快速地冻结蓝莓。建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型。基于Fluent软件,采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究。探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角(60°、70°、80°、90°)在相同的入口流量和出口孔径下,对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响。结果表明:随着V形切槽角的增加,扇形冲击射流宽度降低,冲击射流核心区域内的流速增加。当多出口扇形喷嘴出口V形切槽角为70°时,相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中,整体的冻结速度快,流场最均匀,为此喷嘴模型(入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm×6(6个孔径为5.2 mm的出口)和中心布置的孔径2 mm×4的组合)最优出口参数。随后对模拟仿真最优结果进行实验测试,可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min,实验与模拟降温曲线误差为4.3%。对速冻后蓝莓的花青素含量、可溶性固形物质量分数以及失水率等进行测试,结果表明干冰速冻后蓝莓在贮藏期间的感官品质保持较好,优于速冻蓝莓标准。

物料盘开孔参数对干冰喷射芒果丁速冻品质的影响

利用干冰喷射对芒果丁进行速冻处理,研究物料盘开孔的不同排列方式、开孔率、开孔形状和孔径对芒果丁降温速率及冻结均匀性的影响。使用Comsol Multiphysics模拟不同条件下芒果丁达到速冻要求时的中心温度分布和时间。结果表明,排列方式为叉排,开孔率为42%,开孔形状为圆形,孔径为3 mm的物料盘速冻效果最佳。由验证试验得出芒果丁中心温度和表面温度达到速冻要求的误差分别为5.3%和7.5%。在冻结均匀性方面,平均温度差值的误差为8.3%。解冻后,芒果丁的质构特性测定结果显示:硬度和咀嚼度下降幅度较大,色度、凝聚性和弹性下降幅度较小,符合速冻芒果的品质要求。研究结果为进一步开发节能、环保的干冰速冻芒果丁装置提供参考。

基于干冰微粒喷射冷却的高速列车IGBT散热器设计

针对高速列车IGBT模块的高效散热问题,设计了一种应用于干冰微粒喷射冷却的针肋散热器。建立了3组不同针肋参数模型,通过数值模拟研究分析了针肋数量、直径、高度对散热效果的影响,得出最优针肋散热器的针肋数量为64、直径为12 mm、高度为45 mm,相比于无肋散热器其换热基板表面温度降低了10.57℃,散热器内部干冰升华率提高了17.2%。通过实验观测到了干冰微粒冷却流体在管内流动状态以及干冰微粒在散热器内部扰动碰撞过程,验证了模拟结果,干冰微粒喷射冷却使热源功率为1.6 kW的IGBT模块保持在约25℃,满足其散热需要,为深入研究干冰微粒喷射冷却技术提供指导。

R290／CO_2自然工质低温复叠式制冷循环理论分析

介绍了低温环境下采用自然工质R290和CO_2的复叠式制冷循环,分析了R290和CO_2的物性特征,通过对R290／CO_2式制冷循环的理论分析,在一定的蒸发温度和冷凝蒸发器传热温差下,计算出循环存在最优的低温循环冷凝温度和最优质量流量比;为提高循环效率和保证循环的安全运行,应尽可能地升高蒸发温度、降低冷凝温度和减少冷凝蒸发器的传热温差,可以看出R290／CO_2的复叠式制冷循环在低温制冷条件下有很好的发展前景．

水平管内水蒸汽冷凝换热特性的数值模拟

对水蒸汽在内径为8 mm的水平圆管内,不同管壁温度、蒸汽流速、压力和入口过热度下的冷凝过程,采用通用CFD软件Fluent 13.0中的Mixture模型,结合UDF编程对水平管内冷凝物理模型进行数值模拟。通过分析相应的冷凝液分布云图、体积分数和局部换热系数的变化曲线,得出蒸汽在水平管内冷凝换热系数与壁温、蒸汽流速、压力和入口过热度的变化规律。并将模拟结果与实验测试结果进行了对比,得出模拟结果比计算值偏高约30%。

R290制冷空调系统的现状与未来发展

详细分析和总结了国内外自然工质R290制冷空调系统的应用与研究现状。R290单位容积制冷量大、价格低廉、臭氧消耗潜值为0,全球变暖潜值很小,热力性能与常规制冷剂相比有明显的优势。R290制冷空调系统结构紧凑,制冷剂的充灌量少,金属材料的消耗少,设备的初投资少。随着R290应用技术研究的不断深入,环保制冷剂R290将拥有广阔的市场应用前景,在未来制冷空调系统中将显示出巨大的优越性。

R290/CO_2复叠式制冷系统的性能实验

通过对R290/CO2复叠式制冷系统的性能实验,对低温循环用CO2作为制冷工质,高温循环分别用R22和R290为制冷工质的性能进行比较,结果表明,随着蒸发温度的升高,冷凝温度的降低,R290/CO2复叠式制冷系统的最佳质量流量比增大,COP增加。随着高温循环压缩机入口温度的升高,R290压缩机的功耗略高于R22压缩机的功耗,R290循环的COPh要高于R22循环的COPh。结果表明自然工质R290/CO2复叠式制冷系统具有很好的发展前景。

自然工质R290管内凝结换热特性的数值模拟

对现有的管内凝结传热系数关联式分析比较,选择出合适的自然工质R290管内凝结换热计算模型,并计算得到R290管内凝结过程两相流动的流型图。通过计算并与实验值比较得到,相同工况下,预测与实验的R290凝结传热系数值相差不大。R290的凝结传热系数较R22的凝结传热系数大,并随着蒸气干度的增加差值加大,R290表现出良好的凝结换热特性。

太阳能水蒸气引射冷却的CO_2低温制冷循环

为需要较低温度的用冷空间提供冷源,设计由太阳能集热循环,水蒸气喷射制冷循环,CO2低温制冷循环组成的太阳能辅助热源水蒸气喷射引射冷却的CO2低温制冷的组合循环,通过热力计算得出随着蒸发温度的升高,太阳能辐射强度的增大,集热器面积的增大,组合循环的性能提高。蒸发温度每升高1℃,组合循环的性能系数增大4.3%,太阳能辐射强度每增加1W/m2,组合循环的性能系数增大2.8%,太阳能集热器面积每增加1m2,组合循环的性能系数增大约6%。发生器内水蒸气温度对组合循环的性能影响不大,太阳能辐射强度、集热器面积以及喷射器引射率对组合循环的影响较大。组合循环节省运行费用,节约能源,有很好的发展前景。

环保型低温制冷系统的性能实验

对环保型R290/CO2复叠式低温制冷系统的性能进行实验,得出R290循环的COP要比CO2循环的COP高,CO2压缩机的吸气温度对CO2压缩机排气温度的影响较明显。CO2低温循环中,随着温度的降低,制冷工质的粘性对管路的流动阻力损失影响不大。制冷系统的压力和流量的稳定性非常好,温度的稳定性能够满足实验精度要求。

R290家用空调的替代与应用研究

通过对R290与其它几种家用空调制冷剂的热力性能分析与比较,得出R290具有良好的热力性能,其物理性质与R22极其相近,属于直接替代物。开发R290家用空调,对环境保护、节约能源有着很好的应用前景。

R290/CO_2蒸气压缩复叠式制冷系统实验

通过建立R290/CO2复叠式制冷系统实验台,对R290/CO2蒸气压缩复叠式制冷循环进行了实验研究,结果表明,CO2循环在较低温度下运行,黏性对CO2经过压缩机的性能影响较大,对流过管路的影响较小,CO2压缩机的压力比高于R290压缩机的压力比,但由于CO2压缩机由吸入的较低温度的工质冷却,CO2压缩机的排气温度低于R290压缩机的排气温度;CO2循环的能量损失较大,使得CO2循环的性能系数低于R290循环的性能系数.在CO2循环中可利用无吸排气阀的回转式压缩机,用膨胀机代替节流阀,以提高R290/CO2复叠式制冷循环的性能系数.

自然工质R290与R22滴状凝结换热特性的对比分析

通过对自然工质R290与传统工质R22滴状凝结换热特性的对比分析得出,表面过冷度要远大于蒸气饱和温度对直接凝结长大小液滴的最小半径和临界半径的影响,过冷度越大,小液滴半径和临界半径越小,R290的小液滴半径和临界半径与R22的相比相差不大。通过R290与R22制冷工质单个液滴的传热量随着接触角的增加呈现出先增加后减小的变化趋势,存在最大值。通过单个液滴的传热量随着表面过冷度的增加而增大,随着饱和温度的升高而减小,通过R290单个液滴的传热量要明显大于通过R22单个液滴的传热量。通过R290与R22滴状凝结换热表面的热通量随接触角的变化具有最大值,存在最佳的接触角。R290滴状凝结换热的热通量要明显大于R22滴状凝结换热的热通量。

R290直接接触冷凝制冷循环性能分析对比

本文分析了R290直接接触冷凝(DCC)制冷循环的性能,并与R290常规单级压缩制冷循环的热力性能进行对比,得出:在最佳主循环冷凝温度下,R290直接接触冷凝制冷循环可获得最大性能系数和最低冷凝器热负荷。主循环过冷液体的过冷度增大,最优性能系数降低、最低冷凝器热负荷增加、蒸发器的制冷剂质量流量减少,同时,获得最优性能系数和最低冷凝器热负荷的最佳主循环冷凝温度升高。当蒸发温度为-15～-6℃,R290直接接触冷凝制冷循环相比R290单级压缩制冷循环的性能系数提高了7.5%～14.9%,冷间供冷设备蒸发器的制冷剂质量流量减少了26.5%～36.7%,冷凝器热负荷减少了1.5%～3.7%。结果表明R290直接接触冷凝制冷循环具有很好的发展前景。

R290水平管内凝结换热和压降的研究现状

通过分析国外对R290水平光滑管内和强化管内的流动凝结换热的研究,得出R290管内换热系数较常规工质高,而强化管内的凝结换热系数明显高于光滑管。另外还列举了一些典型的凝结换热关联式,并提出了进一步研究工作的建议。

太阳能蔬菜生产配送基地组合系统

设计了可为蔬菜种植、挑选清洗、预冷、冷藏(速冻和冻藏)各个环节的空间场所提供太阳能辅助热源,并以水和CO2为工质的蔬菜生产配送基地组合系统,通过对中国4个典型地区的计算分析,并与完全用电驱动的组合系统比较得出,不同地区由于环境温度和太阳辐照能不同,太阳能组合系统的性能具有明显的差别,广州地区环境温度高,太阳能组合系统全年节约电能和运行费用达69.6%,兰州地区太阳辐射强度大,全年节约60%的电能和运行费用,乌鲁木齐地区全年节约电能和运行费用为49.2%,北京地区尽管环境温度和太阳辐射强度较低,全年也可节约7.8%的电能和运行费用。

R404A直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出R404A直接接触凝结换热的制冷循环,分析R404A直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩制冷循环的性能进行对比。得出结论:在一定的冷凝温度、蒸发温度和过冷液体的过冷度下,直接接触凝结制冷循环存在最佳的饱和液体温度,并在此最佳的饱和液体温度下,获得最优的性能和最小的冷凝热负荷,随着过冷液体的过冷度增大和蒸发温度升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数增加、冷凝热负荷减少,获得最优性能的最佳饱和液体温度值提高。过冷液体的过冷度为25℃时,直接接触凝结制冷循环的最佳性能系数较双级压缩制冷循环的最佳性能系数提高6.2%。直接接触凝结制冷循环的最小冷凝热负荷较双级压缩制冷循环的最小冷凝热负荷减小1.8%。

回热器对复叠式制冷系统性能的影响

通过分析回热器对R290/CO2、NH3/CO2、R404A/CO2三种复叠式制冷系统性能的影响,得出在一定的冷凝温度、蒸发温度和冷凝蒸发器传热温差下,回热循环能提高R290/CO2、R404A/CO2复叠式制冷系统的性能系数,且当回热器效率大于0.31时,R290/CO2复叠式制冷系统的性能系数超过NH3/CO2复叠式制冷系统的性能系数,减少R290/CO2、NH3/CO2、R404A/CO2复叠式制冷系统中高温循环制冷剂的充注量,从而提高复叠式制冷系统的安全性。

R744直接接触冷凝制冷循环性能分析

对R717循环辅助过冷、R744主循环制冷压缩机排出的气体与R744过冷液直接接触冷凝的R717/R744-DCC制冷循环的热力性能进行分析,得出:R717/R744-DCC直接接触冷凝制冷循环存在最佳的R744主循环冷凝温度,并获得最优的性能系数和最低的R717冷凝器散热量。R744主循环过冷液体的过冷度增大,最优的性能系数降低,最低R717冷凝器散热量增大,对应的R744主循环冷凝温度升高,R744蒸发器的质量流量减少。与常规R717/R744复叠式制冷循环的热力性能比较,在相同的运行工况和最佳R744主循环冷凝温度下,R717/R744-DCC直接接触冷凝制冷循环最优性能系数提高了5.2%,最低R717冷凝器散热量减少了1.6%。R744主循环冷凝温度在-10~8℃范围内,R717/R744-DCC直接接触冷凝制冷循环R744蒸发器的制冷剂质量流量减少了1.75%~2.61%,R717冷凝器的制冷剂流量减少了0.51%~0.82%。

自然工质冷凝蒸发器的设计与制造

针对R290/CO2复叠式制冷循环系统中R290与CO2的冷凝蒸发换热特点,设计了R290/CO2冷凝蒸发器,对R290/CO2冷凝蒸发器进行了安全性分析,制造出的U型换热管式R290/CO2冷凝蒸发器,为自然工质R290/CO2复叠式制冷循环系统走向实际应用打下了基础。