超临界CO_(2)气冷器内火积耗散分析

为了分析火积耗散在气冷器内分布情况及影响,利用CFD数值模拟技术建立直管套管式气冷器模型,对超临界CO_(2)套管式气冷器内CO_(2)与冷却水之间的热量传递过程进行数值模拟研究。通过改变操作压力、温度、质量流量等参数进行计算,分析火积耗散沿管长分布情况,研究温度、质量流量、压力的变化对套管式气冷器火积耗散的影响。结果表明:随着CO_(2)进口温度升高,火积耗散增大,但冷却水温度的改变对火积耗散影响小,可忽略不计;随着冷却水质量流量的增大,火积耗散减小,火积耗散在CO_(2)入口相对于在套管气冷器其他位置处,数值最大。相较于冷却水质量流量0.03 kg/s,冷却水质量流量为0.04 kg/s时,火积耗散减小了2.6%,冷却水质量流量为0.05 kg/s时,火积耗散减小了3.2%;随着CO_(2)质量流量增大,火积耗散增大;且随着压力的增大,火积耗散减小。研究结果可以为改进CO_(2)气冷器的结构和提高换热性能提供新的思路和参考依据。

偏心矩形盘旋套管式气冷器传热特性研究

为探究偏心结构对二氧化碳套管式气冷器换热性能的影响,基于Fluent软件建立同心矩形盘旋套管和偏心矩形盘旋套管式气冷器,对比相同操作条件下的温度云图、速度云图和比热容云图,分析对流换热系数、湍流动能和压力曲线。数值模拟结果显示,与同心套管式气冷器相比,偏心套管式气冷器的云图偏斜程度大于同心结构,平均对流换热系数和湍流动能分别较同心结构提升了12.99%和15.38%,最大压降增大了14.85%,偏心套管总的换热性能优于同心套管。研究结果证明了偏心套管式气冷器结构优于同心套管式气冷器,为超临界CO_(2)热泵中的矩形螺旋管缠绕气体式冷却器设计、运行以及热效率的提升提供了科学依据,对高效换热器的应用具有重要的实际意义。

CO2跨临界循环热泵热水器用气冷器的优化设计

在设计工况下,建立了用于CO2跨临界循环热泵热水器的套管式气冷器的稳态分布参数模型,对其结构参数进行了敏感性分析,指出了它们的合理变化范围:管内套1根管时,内管外径应至少大于8.00mm,低于10.00mm,外管内径应在11.00mm以上,13.00mm以下;管内套多根管时,3根管性能最优。优化设计结果对CO2气冷器产品的开发具有一定的指导意义。

微通道平行流气冷器流量分配的数值模拟

通过采用计算流体力学(CFD)的方法,对微通道平行流气冷器内部流量分布特性进行了仿真研究.在改变气冷器的主要结构以及组合尺寸后所进行的CFD研究发现,扁管长度、进口集管与扁管组合尺寸以及出口集管与扁管组合尺寸对气冷器内部扁管之间的流量分配不均匀度有很大的影响,这对将来微通道平行流气冷器的设计优化具有重要意义.

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。

跨临界CO_2气冷器耗散分析

跨临界CO_2系统已成为热泵及空调领域的研究热点,本文以CO_2气冷器为研究对象,管内外两种流体因温差传热与流动阻力引起系统(火积)耗散,通过建立的CO_2气冷器跨临界区二维分布参数模型求解系统(火积)耗散数ΔE*。分析系统(火积)耗散数产生的主要原因及沿程分布,讨论CO_2、水入口状态参数对系统(火积)耗散数的影响。结果表明系统(火积)耗散数主要由温差传热引起,温差越大,系统(火积)耗散数越大。各微元段(火积)耗散数与CO_2温降幅度呈反比关系,在临界点ΔEj*达到最大值。随着CO_2质量流率、压力的增大,系统(火积)耗散数逐渐增大;随着水质量流量的增大,系统(火积)耗散数逐渐减小,减小幅度随着压力的增大而减小。系统(火积)耗散数随着CO_2入口温度的增大而减小,CO_2入口温度越大,减小幅度逐渐降低。水入口温度对系统(火积)耗散数的影响非常小。(火积)

CO_2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO2流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO2制冷系统的微通道气冷器分解模型.实验结果表明：随着CO2制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97%降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小.比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.

跨临界二氧化碳热泵热水系统气冷器的仿真分析

建立了跨临界二氧化碳热泵热水系统中的气体冷却器模型,对管内二氧化碳和水侧的流动和传热进行了数值仿真;并运用该模型分析了系统运行时各有关参数对换热器性能的影响,并结合最优排气压力,研究使系统高效运行的方法,为气冷器的优化设计提供了基础。

超临界CO_2汽车空调气冷器分配性能研究

微通道平行流气冷器性能的好坏对超临界CO2空调系统的能效比影响很大,是整个制冷系统性能高低的关键.提出了新的微通道平行流气冷器整体结构建模方法,大大降低了网格划分时间及对计算机硬件的要求,提高了工作效率.对微通道平行流气冷器扁管与集流管组合结构进行了一系列优化设计,优化结果表明,最优的参数组合为扁管间距为8.8 mm,扁管长度为500 mm,扁管排数为10,扁管与集流管的组合深度为0.25.研究结果为新产品的工程应用提供参考.

CO_(2)热泵系统气冷器的热力学性能分析

针对CO_(2)热泵系统螺旋套管式气冷器,基于MATLAB建立了仿真模型,采用单因素分析方法,研究进水温度、CO_(2)压力和质量流量对气冷器换热量、耗散、损失、效率以及出水温度的影响。经实验验证,在进水温度为24.5~35.0℃、CO_(2)压力为8.4~10.7 MPa、CO_(2)质量流量为0.0326~0.0476 kg/s工况下,气冷器模型制热量与实验数据相比总体误差在±10%以内。模拟结果表明:相比进水温度和CO_(2)质量流量,CO_(2)压力对气冷器性能的影响更为显著,且存在最优压力。在进水温度为20℃、CO_(2)进口温度为90℃工况下,当CO_(2)压力为10 MPa时气冷器效率最高,当CO_(2)压力为11 MPa时气冷器换热量最大;当进水温度低于20℃时,CO_(2)压力为10.5 MPa时出水温度最高。

一种内管带螺纹的CO_(2)气冷器换热性能

选用了一种应用于CO_(2)热泵热水器的内管带螺纹的套管式气冷器进行换热性能实验研究,并得到该气冷器的Gnielinski修正关联式。研究结果表明:在环境温度-12℃、CO_(2)气冷器入口压力8.8 MPa条件下,增加CO_(2)质量流率能够有效提升气冷器的换热量和总传热系数;提高进水温度不能同程度上提高出水温度,且不利于气冷器内的换热;增大水流量可以提高气冷器总传热系数,但出水温度降低;该套管式气冷器的热重比高于内管为螺旋式的三通道CO_(2)气冷器,其经济性更优;气冷器总传热系数实测值高于Gnielinski换热关联式计算值。通过对Gnielinski关联式进行修正,修正后的计算值与实测值误差在±20%以内,表明修正后的换热关联式可以为此种套管式气冷器的设计计算提供参考。

CO_2套管式气冷器用能效率的热力学第二定律分析

利用1台安装有套管式换热器的跨临界CO_2制冷系统实验台,改变CO_2质量流量、高压侧压力及气冷器冷却水流量,通过实验测得气冷器中CO_2和冷却水沿管长方向的温度分布,并计算气冷器沿管长方向的熵产、火用正文损和火积分布,对气冷器的用能效率进行分析。结果表明,在多种工况下,熵产、火用损和火积耗散均沿管长逐渐降低;熵产和火用损均随CO_2质量流量的增大而降低,而随高压侧压力的升高而增大;质量流量对火积耗散无明显影响。

CO_2制冷系统的气冷器用纳米流体强化换热的研究

为了提高气冷器换热效率,将纳米流体作为冷却剂应用于跨临界CO_2制冷循环的同轴套管气冷器中。研究纳米流体分别为石墨-H_2O、Al2O3-H_2O、Cu O-H_2O、Cu-H_2O对气冷器换热量以及系统COP的提高情况,以及质量流量和纳米颗粒的体积分数与纳米流体压降之间的关系。建立了物理和数学模型并利用Matlab进行编程模拟计算。结果表明,跨临界CO_2制冷系统的同轴套管气冷器中使用纳米流体作为冷却剂明显提高了换热效率和系统COP,不同的纳米颗粒材料、体积分数以及质量流量的纳米流体使气冷器的换热量和系统COP的提高程度也不同。

CO_2微通道气冷器流量分配和换热特性的数值模拟及验证

本文建立了CO_2微通道气冷器集流管和微通道扁管两部分的物理模型并进行网格划分,模拟研究了扁管插入集流管深度f分别为4、5、6 mm和入口管在集流管1/6、1/2位置处对质量流量分配的影响,实验验证了CO_2微通道气冷器扁管壁面温度分布。结果表明:当f为4 mm、入口管位于集流管1/6处时,质量流量分配最均匀,此时不均匀度为0.4×10^(-3);模拟扁管内CO_2换热特性发现随着CO_2质量流量的增加,扁管换热量增加,流量由2.3 kg/h增至2.5 kg/h,换热量提高了21.4%;当质量流量一定时,CO_2的出口温度随着CO_2入口温度的升高而升高,在不同CO_2入口温度条件下,微通道扁管壁面温度实验值与模拟值误差在10%以内,验证了模拟的准确性。

CO2热泵热水器气冷器的热力性能研究

本文以CO2定压比热容最大的准临界温度为分界点,将气冷器的换热过程分为:准临界前区间、准临界区间和准临界后区间3个温度区间,CO2在100~0℃的放热过程,计算发现准临界区间温度的放热量占比达49.8%,基于火积理论的模拟结果也表明放热量主要集中在第二阶段的准临界区间内。以准临界区间的换热特性为基础,提出一种在名义工况下,最佳气冷器进气压力和温度的简单算法:发现制取65℃热水时,气冷器最佳进气压力为11.34 MPa,进气温度为79.96℃。在不同进气压力下进行实验验证,并计算了系统性能系数COP分析气冷器中水的温度分布。结果表明:CO2和水质量流量均为15.0 g/s时,11.3 MPa进气压力下,在准临界温度区间内,水温从17℃迅速升至41℃,加热量占比为50.1%,出水温度为64.1℃,系统COP最高为3.23。

带气冷器的二氧化碳地源热泵系统的性能分析

地源热泵在夏季冷负荷高于冬季热负荷地区运行会造成土壤热不平衡,常年运行导致土壤温度升高,影响地源热泵性能。为了解决这个问题,本文提出一种带有气冷器的二氧化碳地源热泵系统,建立了该系统的性能预测模型,并将该系统与传统的地源热泵系统进行了对比和经济性分析。结果表明,通过将一部分排热量利用二氧化碳气冷器排放到空气中,并根据温度条件和负荷改变热泵运行的时间表,土壤热不平衡的问题得到了显著的改善,在适当的运行方式下,土壤热不平衡可以完全消除。对比发现,耦合工作的气冷器-二氧化碳地源热泵年运行费用比普通的R134a地源热泵低23%,初始投资低20%。

D型集流管式微通道气冷器流量分配性能数值模拟

提出了一种D型集流管式微通道气冷器,采用CFD方法对其进行模拟研究,并比较分析了D型集流管、双圆筒集流管以及单圆筒集流管对微通道气冷器的流量分配性能的影响,同时还研究了D型集流管当量直径、CO2进口质量流量、CO2进口压力等参数对微通道气冷器流量分配性能的影响。设计制作了微通道冷模实验装置,对每排微通道内的体积流量进行测量,将实验测量结果与数值模拟计算结果进行对比。结果表明,实验测量结果与数值模拟计算结果变化趋势基本一致,两者相对误差最大为10.1%,由此验证了数值模拟计算的可靠性。

小型CO_2制冷系统用气冷器的仿真研究

用有限单元法建立了气冷器稳态分布参数模型,并通过实验对模型的准确性进行了验证。运用该模型对小型CO_2制冷系统用气冷器的传热性能、系统内的假临界现象及平均密度进行了研究,结果表明:在质量流量相同时,进口温度的变化对气冷器换热的影响很小,对气冷器管内假临界状态的出现位置影响很小;在气冷器进口温度相同时,质量流量越大,假(准)临界点出现的位置越向后移,当质量流量足够大时,气冷器内可能不会有假临界现象发生;气冷器进、出口处CO_2的算术平均密度值与气冷器内真实平均密度值相近,而对数平均密度和平方平均密度与气冷器内CO_2的真实平均密度值相差较大。

气冷器出口状态对跨临界CO2热泵系统性能影响的研究

跨临界CO2热泵因其出色的环保性和节能性在近年来得到了国内外的广泛关注。由于CO2工质特性的影响,工质的气冷器出口状态对系统性能的影响很大。针对带回热器的空气源跨临界CO2热泵热水系统,通过调节节流阀开度来改变压缩机排气压力,对工质气冷器出口状态的变化规律及其对系统产生的影响进行了实验研究。结果表明:在一定的排气压力范围内,气冷器工质出口温度先短暂升高,然后快速下降,最终趋于稳定。受到气冷器工质出口状态变化的影响,系统制热性能系数(COP)存在最优值。当气冷器工质出口温度接近进水温度后,系统达到最大制热量。此外,控制适宜的气冷器工质出口温度可以使系统的COP和制热量均取得较大值。研究结果对带回热器的跨临界CO2热泵系统的设计和深入研究具有参考意义。

跨临界CO_2热泵热水器用气冷器研究现状

随着环境保护意识的不断加强,传统制冷剂的替代问题越来越重要,自然工质制冷剂又一次引起了研究者的重视。CO_2作为自然工质之一,跨临界热泵热水器是其重要的应用。很多研究表明:气冷器对CO_2热泵热水器系统性能的影响比较大,国内外对此的研究也比较深入。本文着重介绍了国内外对CO_2热泵热水器用气冷器的结构和传热模拟的研究现状。