R744/R600及R744/R600a混合工质热泵循环性能研究

基于换热器中的传热窄点温差的限制,对R744/R600及R744/R600a在所研究的工况范围内分别替代传统制冷剂R22的亚临界热泵循环特性分别进行了计算分析。结果表明:R744/R600和R744/R600a具有不同的最优配比,可以使得制热性能系数(COPh)最大;R744/R600及R744/R600a在最优配比下的COPh分别比R22系统增大11.98%和8.24%,分别比纯质R600和R600a大36.43%和36.24%,比跨临界循环R744系统增加7.07%和4.71%。在最优配比下,R744/R600和R744/R600a的冷凝压力低于R22,分别为0.84MPa和1.18MPa;压缩机排气温度也低于R22,在90℃以下。

R744/R600a热泵热水器变工况特性实验研究

基于搭建的直热式水源热泵实验装置,实验研究了R744/R600a和R600a系统变工况循环性能,分析了热汇出口温度对冷凝器内换热流体温度分布的影响。结果表明:随着热汇出口温度升高,R744/R600a和R600a热泵系统的COP_h和制热量Q_h均呈降低趋势,而相应的冷凝压力、压比和排气温度等均呈升高趋势;在45~60℃的热汇出口温度范围内,R744/R600a系统的COP_h和制热量Q_h均明显优于R600a系统;与R600a系统相比,显著的温度滑移导致R744/R600a系统冷凝器内换热流体间的温度匹配水平明显提高,相应的冷凝器不可逆损失显著降低;热汇出口温度的升高导致了R744/R600a系统冷凝器内换热流体间的温度匹配水平降低及不可逆损失增大。

R744/R600a热泵热水器系统性能实验研究

为了研究环保混合制冷剂R744/R600a应用于热泵系统的可行性,在直热式水源热泵系统实验台上对R744充注质量分数在3%~11%的五种工况进行了实验研究。实验结果表明:R744充注质量分数的变化对热泵系统的COPh、制热量和排气温度等性能参数均产生显著的影响;在热泵名义工况下,混合工质的最优R744充注质量分数为7%,其对应的系统COPh和制热量相比R600a系统均明显提高,而其排气温度则明显降低。

R600a/R32用于自复叠低温冰箱的实验研究

设计搭建了一套小型低温冰箱自复叠制冷系统,实验对比分析了R600a/R32和R600a/R290两种制冷剂组合的系统循环性能,结果表明R600a/R32组合更符合-50℃低温冰箱的工况要求。通过实验进一步对比了R600a/R32在不同充注比例下的系统循环特性,得到R600a/R32最佳充注比例为0.61/0.39。此配比下,环境温度为25℃时,该系统冷冻室温度可以达到-51.8℃。由于小型制冷装置的空间限制,部分运行参数无法测得,对此提出一种制冷运行数据的分析模型,利用回热器换热平衡和气液分离器质量守恒计算出关键数据,并得到混合工质总运行浓度比例,以便进行系统性能的分析。

R744超临界热泵开水机的结构与性能研究

针对电热开水机耗电量较大的问题,课题组对基于R744(二氧化碳)工质的超临界热泵开水机进行结构和性能研究。分别针对25℃以上的高温环境、5~25℃的中温环境和-25~5℃的低温环境,给出R744超临界热泵开水机的适宜结构和较佳运行参数;当环境温度高于25℃时,提出采用带预热器的单级压缩结构;当环境温度在5~25℃时,提出采用不带预热器的单级压缩结构;当环境温度低于5℃时,提出采用带级间冷却器的双级压缩结构;计算分析了不同环境温度时系统的耗电量、加热器内的热泵工质与水之间的传热温差分布。应用R744超临界高温热泵模拟软件SCHPSim分析表明:当环境温度分别为30,15和-10℃时,在对应适宜结构的R744超临界热泵开水机情况下,与电热开水机的耗电量比约为1.0∶4.1,1.0∶3.7和1.0∶2.0,具有显著的节能优势,且加热器内R744与水的最小传热温差都在4℃以上,可以保证较高的传热速率。

JEFFAMINE M-600(R)改性六方氮化硼及其水性环氧复合涂层的腐蚀防护性能

目的提高六方氮化硼的分散性和环氧涂层的腐蚀防护性能。方法利用O-(2-氨丙基)-O'-(2-甲氧基乙基)聚丙二醇(JEFFAMINE M-600(R))对六方氮化硼(h-BN)进行功能化,实现其在水性环氧树脂中的稳定分散和相容性,并将其添加至水性环氧树脂中制备了具有优异阻隔性能的水性环氧复合涂层。利用SEM、TEM、XPS等手段证实了h-BN@JEFFAMINE M-600(R)的成功制备;此外,采用电化学手段对涂层的腐蚀防护性能进行了评价。结果JEFFAMINE M-600(R)成功修饰在h-BN表面,有效提高了h-BN在水性环氧树脂中的分散稳定性和相容性;同时所制备的h-BN@JEFFAMINE M-600(R)/水性环氧复合涂层在浸泡38 d后仍表现出优异的抗腐蚀性能,其阻抗模值(1.05×10^(9)Ω·cm^(2))较水性环氧涂层(1.31×10^(7)Ω·cm^(2))提高了约2个数量级,这主要归因于h-BN@JEFFAMINE M-600(R)的添加可以有效提高水性环氧涂层的阻隔效应,从而延缓腐蚀介质向基底的扩散,进而表现出优异的腐蚀防护性能。结论JEFFAMINE M-600(R)功能化有效提高了h-BN的剥离效率和稳定分散,使得h-BN@JEFFAMINE M-600(R)纳米杂化材料的添加可以有效提高水性环氧基体的致密性和阻隔效应,进而增强复合涂层对金属基底的腐蚀防护。

R290/R744新型混合工质汽-液相平衡研究

为了适应节能与环境保护的需求,研究了一种适用于自复叠制冷系统的新型绿色混合制冷工质(R290/R744)的汽液相平衡特性。根据相平衡条件采用PT状态方程结合Van der Waals混合规则推导出该混合制冷工质的相平衡计算式,通过软件编程计算了两种有工程实用意义的相平衡问题,一种是已知混合物压力和液相摩尔分数,计算泡点温度和气相摩尔分数;另一种是已知混合物压力和气相摩尔分数,计算露点温度和液相摩尔分数,并根据计算数据绘制了汽液平衡曲线。数据显示最大相对误差为4.840%,最小相对误差为0.005%。计算结果表明,采用给出的R290/R744混合制冷剂相平衡计算式具有较高的计算精度,从而为采用该混合制冷剂的自复叠制冷循环研究奠定基础。

中高温热泵混合工质R13I1/R290/R600a替代R134a的理论研究

针对普通R134a热泵制取中高温热水过程中存在的冷凝压力过高、系统效率低、不环保及无法直接替代等问题，提出一种新型中高温热泵混合工质R13I1／R290／R600a。建立基于该工质的热力循环模型，计算该循环的热力特性。结合气象数据，对其进行多工况计算并与已有的工质R134a、MIX1和MIX2对比分析。研究结果表明该新型混合工质的循环性能与同模型常温热泵工况下R134a的循环性质大致相同，且其环境性能优良：ODP为零，GWP小于20，温度滑移小于4℃。单位容积制热量略低于R134a，分别比MIX1和MIX2平均高16．7％、1．3％；COP分别比R134a、MIXI和MIX2平均高9．2％、4．1％和0．7％。综合循环性能较对比工质更优越，适用于冷凝温度为70～90℃，循环温升低于75℃的热泵工况。

混合制冷剂R134a/R600a与矿物油互溶性的实验研究

对混合制冷剂R134a／R600a与矿物油组成的混合物，在气-液相平衡时的温度和压力进行了测量．在R600a的质量分数为8．7％～28．6％的范围内，对R134a／R600a组成的混合制冷剂与矿物油的互溶性进行了实验研究，得到了当矿物油与制冷剂完全溶解时，混合制冷剂／油的饱和温度-压力曲线．实验结果表明：矿物油在混合制冷剂中的溶解度只与它和R600a的质量比有关．随着矿物油与R600a质量比的增加，临界互溶温度逐渐上升；与无矿物油的混合制冷剂相比，矿物油与混合制冷剂互溶后，其饱和压力有所下降．

基于R744的混合工质的研究进展

随着全球环境问题日益加剧,制冷空调行业氟利昂类制冷工质的替代受到普遍关注,绿色环保制冷剂R744因此得到重新启用。单一工质R744热泵系统存在放热侧压力高、系统效率低的缺点,在R744中混入合适的第二组分工质可以有效降低压力或同时改善其效率。本文主要从R744混合工质的热物性、流动传热特性、应用于热泵空调系统、应用于复叠式制冷系统等方面进行综述,并针对研究现状,分析了目前R744混合工质研究存在的主要问题,指出了未来的研究和发展方向。

以R600A为工质的分离式热管的实验研究

对分离式热管的整体热量传递特性进行了实验研究。以蛇形翅片管作为冷凝段和蒸发段进行热管实验,探讨了蒸发器进风面风温及分离式热管蒸发器与冷凝器之间高度差、工质充注量对分离式热管的影响。实验表明,随着蒸发器进风温度的升高,蒸发器与冷凝器换热系数都是呈现先增大后减小的趋势。在冷凝端进风温度恒定为16.55℃、蒸发端进风温度低于60℃时,以R600A为工质的分离式热管的传热量曲线近似于二次曲线,蒸发端进风温度高于60℃时,其传热量曲线近似于一条直线。加大充液率及增加蒸发器与冷凝器的高度差,分离式热管的传热能力均会得到提高。

用于ORC发电系统的混合工质R601a/R600a的实验研究

在采用涡旋膨胀机的有机物朗肯循环发电实验系统中,对3种组分的混合工质R601a/R600a和纯工质R601a分别进行实验研究,获得了相应部件运行参数与系统性能。这3种组分分别为0.8/0.2(R601a/R600a,M1),0.6/0.4(R601a/R600a,M2)和0.4/0.6(R601a/R600a,M3)。实验结果表明由于非等温相变特性,这3种组分的R601a/R600a比R601a能从热源流体回收更多热量用于做功。当热源温度为120℃和冷源温度为30℃时,M1和M2的净输出功率分别比R600a高出10%和17.2%。在实验涉及的组分范围内,R601a/R600a的膨胀比会随着R601a占比减小而下降。此外,使得系统净输出功率最大的最佳组分在0.6/0.4附近。实验结果对ORC发电系统中混合工质R601a/R600a的应用具有重要的指导意义。

R290／R744新型低温混合工质物性分析

采用pT状态方程并结合van der Waals混合规则,对R290/R744混合物的热物性参数进行了理论研究,计算中采用了Kay规则计算的虚拟临界参数来代替混合物的真实临界参数,计算得到了R290/R744混合物饱和气体比容、饱和液体密度、比焓和比熵等物性参数,并对计算数据进行了精度分析.计算结果为R290/R744混合物的应用打下了基础.

R125/R600a二元混合物的热力学性质

基于制冷剂物性计算软件NIST REFPROP 7.0及R125/R600a气液相平衡实验数据,使用MBWR状态方程结合Lemmon-Jacobsen混合物模型,对R125/R600a(50/50 mass%)混合替代工质的热力学性质进行了计算,并制作给出了其压焓图(p-h)、温熵图(T-s)和比定压热容图(c_p-T)及饱和性质表。最后理论计算分析了其空调制冷工况的性能,结果表明该混合工质具有与R22相当的压缩比和COP值,比R22较低的排气温度和较高的单位质量制冷量.

R125/R290及R125/R600a热泵工质适用温区探究

循环温升保持45℃,热源进口温度范围为10—45℃的热泵工况下,建立了基于控制换热器窄点温差的热泵循环模型,对小温度滑移混合工质R125/R290(质量配比25/75)及大温度滑移工质R125/R600a(质量配比10/90)的热泵循环性能分别进行了分析研究。发现R125/R290制热循环性能系数COPh随名义蒸发温度的升高而提高,而对于R125/R600a,COPh却变化平缓。同时两种混合工质的排气温度和冷凝压力均在系统安全运行范围之内。结果表明:对于小温度滑移工质R125/R290更适合于低温热源工况,大温度滑移工质R125/R600a则更适用于高温热源工况。

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%。

R744热泵系统研究动态

R744作为一种天然工质 ,是热泵系统中最有潜力的替代工质之一。近 1 0年来 ,美国、欧洲和日本等发达国家和地区对R744热泵系统进行了大量研究 ,并取得了一些突破性研究成果。介绍了R744热泵样机及其压缩机、换热器。

R600a/CO_2一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环的性能研究

基于天然工质应用于自复叠制冷循环的研究,对一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环进行了理论分析,讨论了使用天然工质R600a/CO2作为非共沸制冷剂时制冷剂的配比、冷凝温度、蒸发温度和冷凝蒸发器冷凝侧出口过冷度对2种循环系统性能的影响.结果表明:2种循环均存在最佳的制冷剂配比,其中二级分凝循环还存在最佳中间温度;在一定的冷凝温度和蒸发温度下,二级分凝自复叠制冷循环与一级分凝自复叠制冷循环相比,性能系数大,单位质量制冷量大,压力比高;随着冷凝温度和蒸发温度的升高,二级分凝循环的性能系数提高得更多.

新型碳氢制冷剂HCR22在R600a食品制冷系统的应用

为探讨新型碳氢制冷剂在食品制冷系统应用的可行性,基于R600a制冷系统,设计一套制冷系统测试装置,主要由制冷系统、温度监测系统和压力检测器等组成;用环境友好型碳氢制冷剂HCR22替代制冷剂R600a,以制冷系数和制冷量为指标,对比了2种制冷剂的制冷效果。结果表明:HCR22用于R600a系统,相比R600a,充注量减少13.33%,制冷系数提高10.53%,系统节能3.16%;系统运行12h,HCR22和R600a的制冷量分别为7 306.64,6 796.68kJ。该研究结果为新型制冷剂HCR22替代R600a提供了依据和支持。

R744混合自然工质热泵系统特性研究

采用EES(Engineering Equation Solver)软件建立了跨临界循环混合工质热力学模型,以中原地区典型城市—郑州的气象和水文条件模拟R744/R290自然混合工质热泵系统的性能,基于计算数据,对总当量变暖影响(TEWI)进行了估算.结果表明:在设计工况下,不带回热器跨临界R744/R290热泵热水装置的最优制热COP可达4.104.经计算,用于郑州地区的年平均制热COP为4.202.与其他常规能源热水器相比,R744/R290热泵热水装置CO2排放量平均可减少36.39%.论文还计算并探讨了回热器和压缩机等熵效率对热泵系统性能的影响.综合分析,R744/R290热泵热水装置具有能效高且环保的优点.