热泵中氨基甲酸铵分解反应特性及反应器结构优化

化学热泵可以高效地对低品位热进行提质,特别是在高温热泵方面比常规热泵系统更具独特的优势。氨基甲酸铵(AC)可以在20~100℃之间发生分解反应,且反应焓高达2010kJ/kg。本文对热泵工况下氨基甲酸铵/乙二醇溶液分解反应器进行了模拟,研究了热泵工况下不同反应条件(溶液浓度、溶液流速、热源温度)对分解过程的影响,并对AC分解反应器的管形和结构进行优化分析。结果表明热源温度越高,停留时间越长,平均转化率和反应速率越高,而溶液浓度对分解反应过程产生的影响不大。流速研究范围内平均转化率提高了5~11倍,反应速率提高了2~4倍,热源温度研究范围内平均转化率可提高2~4倍。基于参数影响规律,利用数值模拟和响应曲面分析优化了反应器的结构参数,如螺旋半径、螺旋管直径和螺旋圈数等。结构优化后,平均转化率提高至50.3%,最终获得了适用于热泵工况AC分解的反应器结构,为搭建基于氨基甲酸铵的热泵系统奠定了基础。

跨临界CO2热泵的热气旁通除霜方法及除霜时间分析

空气源热泵系统在低温工况下运行时,存在蒸发器表面结霜、系统性能恶化等问题.针对传统除霜方法在跨临界CO2热泵系统应用中的局限性,对热气旁通除霜方法进行实验研究.在搭建的空气源跨临界CO2热泵系统实验平台上,以外径12.7 mm的旁通铜管作为节流机构,对除霜过程中的动态参数变化以及环境温度对除霜时间的影响进行分析,并绘制除霜不同时刻的系统压焓图.实验结果表明:热气旁通除霜过程较为稳定,各测点参数变化较为平缓.结合实验数据,可以发现,采用热气旁通除霜方法可明显提高蒸发器进口温度至30℃左右,缩短除霜时间;而除霜时间受除霜稳定期影响较大,环境温度降低或环境湿度增大均会延长系统除霜时间,除霜能耗比值与除霜时间比值的变化趋势基本一致.对热气旁通除霜效率进行计算,其值为46.5%,与其他热气除霜方法相比,效率增长33.62%,除霜时间缩短100 s,说明热气旁通除霜方法更适用于空气源跨临界CO2热泵系统.

R410A/R134a双级耦合热泵系统最优中间水温实验研究

在低温工况下,双级耦合热泵系统可克服常规空气源热泵系统运行时制热量下降、系统性能系数(COP)降低等系统性能恶化的问题。当系统的其他参数不变时,耦合系统性能受中间水箱水温的影响。基于双级耦合热泵系统的简单分析,以R410A和R134a的双级耦合热泵机组为实验平台,在高温级冷凝温度50～75℃、低温级蒸发温度-30～-10℃及中间水温15～35℃的各种工况下,对影响最优中间水温的主要因素进行了实验研究。实验结果表明:当其他参数不变、中间水温发生变化时,系统COP呈现先增大后减小的趋势,系统最大COP值对应的最优中间水温始终是存在的。结合实验数据,可以发现:最优中间水温随低温级蒸发温度、高温级冷凝温度的上升而升高,其中低温级蒸发温度对最优中间水温的影响更大。在改变外部因素环境温度和供水温度的工况下,通过大量实验数据,拟合得到以蒸发温度和冷凝温度为自变量的最优中间水温的函数关联式,对优化R410A/R134a双级耦合热泵系统的实际运行具有一定指导作用。

空气源跨临界CO_2热泵中回热器影响的研究

为了研究回热器对空气源跨临界CO_2热泵系统运行情况的影响,以及回热器是否适用于跨临界CO_2热泵,进行了理论和实验两方面的研究。基于热力学分析方法对不同气体冷却器出口温度、排气压力下回热器效率的影响进行了理论研究,结果表明回热器提升系统性能系数与否取决于气体冷却器出口温度,气冷出口温度较高时,回热器效率增大才能提高性能系数。实验则在跨临界CO_2热泵样机上进行,结果表明:应用回热器可降低系统最优排气压力,降低幅度随环境温度降低以及进出水温度升高而增大;采用回热器可减少最优排压下系统功耗、提高系统性能系数,但对制热量影响趋势不定,在本实验中性能系数最多提升6.65%,功耗最多降低6.22%;虽然回热器的应用能提高系统性能系数,但同时也将导致系统排气温度增大,所以不适宜在低环境温度工况下使用。对理论和实验分析结果的差异进行了讨论,同时建立了最优排压降低值与环境温度、进出水温度之间的实验关联式来数值化地体现回热器对系统排气压力的影响,对回热器在工程中实际应用具有一定的参考意义。

跨临界CO_2循环中回热器研究进展概述

由于臭氧层破坏和全球变暖等原因,CO_2作为新型制冷工质在跨临界CO_2循环中被广泛推广和应用。在循环中加入回热器可大幅度提升系统性能,本文针对跨临界CO_2循环中的回热器应用,从带回热器的跨临界CO_2系统性能、回热器结构、回热器在系统循环中的位置、回热器效率以及回热器入口制冷剂温度等几个方面对系统性能的具体影响进行深入探讨,介绍了国内外研究进展,对回热器的应用加以分析和展望。

跨临界CO_2制热系统最优排气压力的模拟研究

为了更加方便快速地研究跨临界CO_2制热系统的系统性能变化情况,以及找到系统的最优排气压力,在Modelica/Dymola软件平台中进行了跨临界CO_2制热系统的建模和仿真,并提出了相应的最优排气压力关联式。通过对环境温度为-20~30℃、热水出口温度为60~85℃、水入口温度为5~50℃大范围工况下系统性能的仿真,结果表明:在相同的工况下,随着排气压力上升,跨临界CO_2制热系统存在一个最优COP,对应该COP的压力为最优排气压力。最优排气压力随环境温度和热水出口温度的升高而升高,随水入口温度的升高而下降。在此基础上,提出了在热水出口温度为70℃下最优排气压力与环境温度和水入口温度的拟合关联式。该结果可为水入口温度为5~50℃、环境温度为-20~30℃的跨临界CO_2制热系统性能测试提供理论依据。

多领域统一建模仿真下压缩机测试系统的PI参数整定

为了解决压缩机测试系统惯性大、纯滞后、耦合性强、各种扰动并存使得工况不能快速稳定的问题,采用多领域统一建模语言Modelica构造了压缩机测试系统的数学模型,将齐格勒-尼科尔斯方法应用于Dymola仿真软件来确定合理的比例积分(PI)参数,其实现过程包括在保证其他元件参数不变的情况下给气路膨胀阀以阶跃激励,再断开阶跃激励给系统添加PI控制器,由此总结出了各个PI参数对排气压力、吸气过热度、吸气压力和过冷度的影响规律。结果显示:排气压力或吸气过热度超调时适当增大比例增益或减小积分增益的设定值、振荡时适当减小积分增益设定值、吸气压力超调时适当减小比例增益设定值、稳定时间过长时增大比例增益或减小积分增益设定值、过冷时适当减小比例增益和积分增益,都将有利于系统的PI控制。该结果可为工程中的PI参数整定提供参考。