阵列低环温空气源热泵外流场模拟研究

建立了无墙面阻碍和有墙面阻碍情况下低环境温度空气源热泵六列四行的阵列物理模型,对以261.15 K为名义工况下的空气源热泵外环境流场进行三维数值模拟。对比研究不同水平风速下蒸发器换热面入口空气温度和换热量,分析冷风回流现象对低环温空气源热泵传热性能的影响,指出最恶劣工况机组的位置。环境风存在阻碍风机出口冷空气的扩散,使风机出口偏转角增大,导致冷空气在风机上部堆积,阵列内部以及背风侧的机组冷风回流现象更加明显。结果表明:当机组横向间距为0.6 m时,水平风速分别从0 m/s增至5 m/s,阵列机组最低入口空气温度比环境温度低2.44~3.69 K,平均换热量下降1%~6.2%,平均入口空气温度比环境温度低0.78~1.57 K;当机组距墙间距为0.6 m时,水平风速分别从0 m/s增至5 m/s,阵列机组最低入口空气温度比环境温度低3.51~4.14 K,平均换热量下降5.9%~11.5%,平均入口空气温度比环境温度低1.29~1.98 K。在此基础上对不同横向间距、不同距墙间距下阵列空气源热泵进行模拟,结果表明:增大横向间距或距墙间距均能改善阵列低环温空气源热泵机组的换热。当横向间距增至1.2 m,阵列机组平均换热量可达原来机组换热量的96.5%以上;距墙间距增至1.2 m,阵列机组平均换热量可达原来机组换热量的91.3%以上。横向间距或距墙间距为1.2 m为较好安装间距。

无人机燃料电池氢循环引射器设计及流动性能研究

氢燃料电池无人机发展迅速,但无人机结构紧凑气源容量有限,如何提高氢气利用率,进一步增强续航能力是一个亟待解决的问题。针对该问题,本文设计了引射循环系统,将排空的氢气进行回收利用,以提高氢气利用率。以典型的1.7 kW无人机燃料电池为例,采用计算流体力学方法设计了氢循环引射器,并进行性能分析,揭示了不同工况下内部流场特性。结果表明在二次流压力与出口压力压差为10 kPa时,一次流压力在300~700 kPa的范围内具有良好的引射性能。同时研究了关键结构参数喉嘴面积比(AR)和不同工况对引射性能的影响,研究表明,最佳AR随一次流压力变化而变化,统筹考虑本文选择AR=16,满足了不同工况下的全局最优引射性能,氢气利用率最高提升了30.3%,进一步延长了无人机的续航能力。

低环温空气源热泵外流场模拟及换热性能影响分析

空气源热泵作为一种高效、节能装置,具有广泛的应用前景和市场价值。建立了低环境温度空气源热泵物理模型,对1×1机组、3×4阵列以及4×6阵列低环温空气源热泵外流场进行三维数值模拟,分析水平风速、机组布置、墙面阻碍等因素对机组平均入口空气温度和机组换热性能的影响。结果表明,水平风速越大,机组布置数目越多,有墙面阻碍下的低环温空气源热泵机组平均入口空气温度越低。当水平风速增大到5m/s,无墙面阻碍下1×1机组、3×4阵列以及4×6阵列平均入口空气温度与环境温差分别为0.92℃、1.16℃和1.57℃;有墙面阻碍下温差分别为0.92℃、1.4℃和1.98℃。对于单一机组热泵,水平风速越大,机组换热量越大。对于阵列机组,水平风速越大,机组平均换热量出现先增大后下降的趋势。特别的当水平风速大于2.5m/s后,背风侧阵列机组入口空气温度降低,阵列机组平均换热量开始下降,有墙面阻碍下24台机组平均换热量为原来机组换热量的91.9%。阵列机组布置时,应增大机组距墙间距,减小墙面对风机出口冷空气扩散的阻碍。进行具体定量分析对实际工程和系统研究具有重要意义。

二维流动模型的喷射器性能分析研究

采用二维轴对称流动模型 ,计算分析了吸入通道内回流现象、喷射器“恒能力”现象与静压力在轴线上分布情况之间的关系 ;探讨了工作压力对喷射器性能的影响。结果表明 :持续降低出口压力会在混合室内形成激波 ,喷射因数保持不变 ;工作压力过高会在混合室内产生壅塞 ,反而降低喷射因数 ;吸入压力过低会在喷射器吸入通道内产生回流现象 ,影响喷射式制冷系统运行的安全性。

新型喷射制冷循环的研究

本文提出了利用双元工质在降低压缩比的同时降低蒸发温度的新型喷射制冷循环，由于双元工质低温域蒸发产生的双相流压缩过程也得到了圆满的解决；并且对R11取代物进行了研究．文中介绍了R123，R141b，R123／R141b，R123／R141b和R141b／R142b的实验及数据分析结果．实验结果显示了新型喷射制冷循环的优越性．

两相流喷射器流动模型研究

研究了压缩/喷射制冷系统中两相流喷射器内的射流发展过程,沿喷射器内部射流的流动方向分段对射流压力调整过程、射流混合、均匀过程和扩压过程进行建模,得到喷射器的引射比和出口背压随冷凝温度与蒸发温度的变化特性。模型的预测结果与实验测试结果在变化趋势上完全一致,压缩/喷射制冷循环中的冷凝温度越大,喷射器的引射比和出口背压越大,节能效果越好;蒸发温度存在一个最佳值,使得引射比最大,出口背压增大效果较好。

太阳能增压喷射制冷循环的性能评价与优化设计分析

从热力学第一定律与第二定律的分析方法出发，对增压喷射制冷循环与纯喷射循环、蒸汽压缩制冷循环进行对比分析。

电子芯片冷却用微型制冷系统实验研究

电子器件和芯片性能的提高带来电路及其芯片的散热问题日益突出,迫切需要开发研究高效的电子冷却系统,蒸汽压缩式制冷被认为是最具有应用前景的制冷方式。针对一套用于电子冷却的微型蒸汽压缩制冷系统,在固定制冷负荷为101.4 W时,通过实验研究了制冷剂充注量和毛细管长度的不同匹配对系统压力、蒸发器侧的制冷效果、压缩机功耗及性能系数的影响关系。结果表明:增加充注量或减短毛细管长度都会导致蒸发压力升高,两组热沉被冷却至平衡时的表面温度也升高,且压缩机功耗增大,系统性能系数下降。当充注量为120 g、毛细管长度为3 m时,实验系统的整体性能较好,两组热沉温度能维持在约12℃不变,压缩机功耗41 W,系统制冷COP能达到2.48。

太阳能增强型喷射式制冷系统的研究

对太阳能为热源的增强型喷射式制冷系统进行了热力学分析，并进行了初步实验。在９０℃热源、１２℃蒸发温度和２０００Ｗ制冷量的额定工况下，喷射系数可达０．６５１，整个系统的ＣＯＰ值达０．３３４，比传统的纯喷射制冷循环的ＣＯＰ值（０．２３）提高５０％。

双元工质喷射制冷循环

对双无非共沸工质喷射制冷循环做了可行性分析，利用PR方程对两种双元工质RC318／R123和RC318／R141b进行了热力循环计算，对双元工质RC318／R141b进行了喷冷循环实验，并与单元工质R141进行了对比.理论分析和实验数据表明，通过选择合适的双元工质，在喷冷系统中不但可以提高其制冷品质，亦能同时提高制冷循环的能效比.

太阳能喷射式制冷系统能耗与经济性分析

选用大金的1P挂壁机FTXD25DV2C,对蒸气压缩式制冷循环(VCRC)和太阳能喷射式制冷循环(SERC)进行了能耗比较.能耗从火用和一次能源能效比(PEER)方面分析,SERC的火用效率为0.065,VCRC的火用效率可以达到0.392 1.SERC在集热器和喷射器中能源的利用率不高,火用损失最大.VCRC的一次能源能效比为2.60,而与此相比SERC的一次能源能效比为5.26.但是即使SERC的使用寿命是VCRC的3倍,SERC的初投资的年度化成本依然比VCRC高出三分之一.

基于一维模型的喷射制冷系统性能计算分析

对索科洛夫等人提出的一维喷射器模型进行了修正并与其他部件的控制方程相结合,建立了更为完善的喷射制冷系统的性能计算模型,提高了计算模拟的准确性。以R141b为制冷剂,对热力参数和喷射器喉部面积比变化时喷射制冷系统的性能进行了模拟计算。计算结果表明:蒸发温度越高,喷射制冷系统的喷射系数和性能系数(COP)越高;冷凝温度降低、发生温度升高均有利于喷射系数和COP的提高,但冷凝温度和发生温度存在一个最佳值;喉部面积比越大,最大临界喷射系数越大,但需要的发生温度也越高。因此,在喷射制冷系统的设计和运行中要选择合理的喷射器结构参数和运行参数,以提高喷射制冷系统的性能。

太阳能喷射制冷系统性能模拟及其应用

建立了太阳能喷射制冷系统性能模型,选取我国具有代表性的七个城市研究了太阳能喷射制冷系统的动态性能及其在我国应用的可行性和可靠性。结果表明在我国太阳能资源较丰富和太阳能资源一般地区使用太阳能喷射制冷系统,其平均总效率在0.38-0.5之间,太阳能保证率在0.2-0.55之间,采用这样的系统提供空调可减小空调能耗1/3左右。因此太阳能喷射制冷系统在我国应用其热力性能是可靠的,经济上是可行的。可见太阳能制冷系统在我国具有广阔的应用前景,是值得大力推广的节能与环保技术。

太阳能光热空气源热泵制热技术研究综述

有利于节能减排及国家能源结构战略性调整的太阳能光热空气源热泵,作为重要的太阳能结合空气能制热技术,在直膨式、水箱换热式、相变蓄热式等系统结构的研发方面,已经取得长足进展。直膨式太阳能热泵的制热性能系数,相比于常规空气源热泵可提高25%以上,相当于电热水器的3倍以上、冷凝式燃气炉的1.3倍以上;水箱换热式制热系统相比常规的热水及空调系统的全年平均节能率,可达25%以上;相变蓄热式系统的制热性能系数普遍可达3.31以上。面对"十三五"阶段全国加速城镇化的新常态,研究路线需要更加偏向适用于高层建筑用户,即将庞大、分散的系统结构集成一体化,以适应广大高层建筑用户垂直、狭窄的外立面安装环境。

使用量纲一参数进行喷射器性能分析

在以往大量数值模拟工作的基础上,总结出了一定喷射器结构时,喷射器的最大喷射系数、膨胀比及临界压缩比三者之间的关系,并给出了膨胀比与喷嘴出口马赫数之间的幂指数关系.研究表明,用膨胀比和压缩比两个量纲一参数代替具体的工作流体压力、引射流体压力和出口压力,来分析一定结构时工作参数对喷射器性能的影响,可以使模拟所得出的结论不局限于具体的参数值,具有更好的通用性,对指导喷射器设计、提高喷射器性能具有重大意义.

HFC134a在太阳能喷射制冷系统中的性能分析

建立了系统热力学性能计算模型,分析了HFC134 a喷射系统的蒸发温度、喷嘴效率等参数对系统性能的影响。研究表明,冷凝温度改变对系统性能和喷射系数的影响大于蒸发温度的影响;混合效率每减小1%,系统COP减小5%左右;系统COP随蒸发温度的增而增,随冷凝温度的增而减。HFC134 a喷射系统设计时,尽量使蒸发温度在4—12℃,冷凝温度在30—36℃之间变化,该研究为HFC134 a在喷射系统中的设计和优化提供了技术支持。

脉冲管制冷机的整机二维数值模拟

利用FLUENT软件对脉冲管制冷机进行了二维轴对称数值模拟。和文献中实验的对比结果表明,模拟计算使用的数理模型是合理的,能够准确预报脉冲管制冷机的最低制冷温度。进而,对中科院自主开发的脉冲管制冷系统进行了数值研究,探讨了频率、充气压力以及振幅对脉冲管制冷机性能的影响。结果显示,对于一定尺寸的脉冲管制冷机有一个最佳运行频率,大振幅和相对较小的充气压力可以取得较好的制冷效果。

喷射热泵与吸收式制冷复合循环初探

介绍了一种新型的喷射式热泵与单效吸收式制冷复合的制冷循环。对这种新型循环进行了定性和定量分析 。

液氢贮箱微重力喷射降压特性数值模拟研究

为研究在轨环境下,热力学排气系统对低温推进剂贮箱的控压性能,采用CFD方法对微重力条件下液氢贮箱内过冷液体喷射过程开展数值模拟研究,对比计算不同喷射区域、喷射流量、喷射速度等因素对箱内物理场分布与压力变化的影响。计算结果表明,低流量流速下,气相区喷射流体无法形成射流,将在喷口处堆积成液团并逐渐积累,降压效果较弱;而液相区喷射几乎没有降压效果。随着流量流速增大,喷射降压效果均有提升。低流量时,气-液相区喷射可以认为是气、液相区单独喷射的叠加,随着流量流速增大,射流对于气、液相区扰动具有交互影响,不再具有叠加性。整体来看,气-液相区喷射降压性能优于单独区域喷射,液相区喷射降压效果最弱。

以HFC134a为制冷剂的喷射制冷实验研究

设计并搭建了喷射制冷系统性能研究实验台,选取HFC134 a作为制冷剂进行了喷射制冷实验研究。研究表明,在测试工况范围内,喷射系统的COP随蒸发温度的升高而增加,随冷凝温度的升高呈现先是基本不变,后迅速降低的趋势,随发生温度的升高先升高后降低;另外,研究还发现系统的COP随着冷冻水流量的增加而增加。