以跨临界CO2-离子液体[bmim]PF6为工质对的吸收式制冷循环性能分析

选择跨临界CO2-[bmim]PF6作为新型的吸收式制冷工质对,考察了CO2在离子液体[bmim]PF6中的溶解度和CO2-[bmim]PF6工质体系的热物性。计算了在给定工况下循环的制冷特性并对结果进行了分析与讨论。

采用：不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析,计算了各循环各个部件的损失,比较了各循环性能系数和总损失。计算结果表明,采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后,由于这些改进膨胀设备的损失小于基本循环节流阀的损失,同时改进循环中压缩机的损失小于基本循环的压缩机损失,从而减小了循环总损失,提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环,其次为喷射器循环和涡流管循环。

基于SOFC/GT和跨临界CO2动力/制冷循环的冷热电联供系统性能

提出了一种新型的冷热电联供系统,通过跨临界CO2动力循环回收SOFC/GT系统的排烟余热进行发电,利用跨临界CO2制冷循环向用户提供冷量和生活热水.建立了该联供系统热力性能的仿真计算模型,对系统进行了能量和[火用]分析,并对该联供系统的一些关键参数进行了敏感性分析.仿真结果表明,在设计条件下,该系统的净发电效率为61.54%,总[火用]效率为62.24%,净发电量、供热量和供冷量分别为246.507、241.501和45.616 kW,[火用]损失较大的部件依次为后燃室、预热器3和SOFC等.在研究的参数范围内,增大跨临界CO2制冷循环流率或降低空气流率和跨临界CO2动力循环流率均可提高系统的总能输出量;增大SOFC工作压力或降低空气流率和跨临界CO2制冷循环流率均可提高联供系统的净发电效率和总[火用]效率.

基于沸腾空化模型的跨临界CO2喷射器性能优化

喷射器内存在的激波效应对其性能有重要影响,现有的一维模型无法实现对激波的捕捉。在处理非平衡相变、超音速流和激波等复杂现象时,建立CO2两相喷射器三维模型来捕捉喷射器超音速喷嘴处的激波特性,采用空化和沸腾相变模型来模拟流体的相变过程。经与文献的实验验证,沸腾空化模型能够准确分析喷射器的性能,喷射系数的最大误差为4.3%;进行5种湍流模型的对比,其中SST k-ω模型能很好地预测内部流动,喷射系数的最大误差为5.8%。进一步对设计工况下喷射器的几何尺寸混合段与扩散段进行优化,分析其与激波间的关系。结果表明:1)分析扩散角变化的影响,存在一个使摩擦损失与湍动能损耗都较小的最佳扩散角;2)在一定的工况下,存在最佳的混合室长度和直径使喷射系数较高,当混合室直径一定时,增加混合室长度有助于增加激波链的长度,但超过最佳混合室长度时,激波的强度逐渐减弱;在混合室长度不变时,减小混合室直径会使工作喷嘴出口处的激波幅度减弱,扩散室入口处的激波增强,但过多的增加混合室直径会使混合室的作用降低,失去升压效果。

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.

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。

基于GT-Suite仿真的双跨临界CO2并行系统性能分析及优化

能源危机和环境问题促使我国推进冷热能源供应方法改革,其中并行跨临界CO2制冷与热泵系统是近年间新兴的一种高性能解决方案。本文基于GT-Suite仿真平台,通过模拟和实验方法验证了跨临界CO2并行系统在冷热综合供应条件下的稳态性能与变工况条件下的实时优化方法。实验结果表明,实验工况下随着中间温度的上升,辅循环性能系数(COP)提升56.7%,主循环COP降低14.6%,系统整体COP表现出先上升再下降的趋势且存在一个最优值。通过极值搜索控制方法,在没有模型预测、实验标定的情况下即可完成系统内最优排气压力及最优中间温度的实时优化控制任务。

应用于溶液除湿空调中跨临界CO2循环热泵的性能优化分析

介绍CO2跨临界循环与溶液除湿一体化空调系统的运行原理，确定应用于溶液除湿空捌的CO2跨临界循环的温度及压力范同，建立循环性能分析模型。以1kg／s制冷剂流量为基准，用经过验证的Coolpack软件埘系统进行模拟优化分析研究，分析跨临界CO2循环不同蒸发温度、冷却器出口温度以及压缩机排气压力对系统COP的影响，为跨临界CO2循环热泵在溶液除湿空调巾的应用提供理论支持。

超市用跨临界CO2增压制冷系统的热力学模拟

建立跨临界CO2增压制冷系统的热力学模型,并利用Matlab软件进行模拟,结果表明:当环境温度在25~40℃范围内时,在每个环境温度下均存在最优的中温级排气压力使得系统COP达到最大值;当中温级排气压力在7.5~15 MPa范围内时,随着环境温度由25℃提高至40℃,系统COP下降22.97%~93.63%,存在系统COP剧烈下降的环境温度区间;当中温级排气压力在7.5~15 MPa范围内时,通过调整中间压力可以使系统COP提升1.61%~58.63%。

一种跨临界CO2热泵系统的设计

随着人们对能源需求量的提高和节能环保的重视,CO2热泵在制冷与热泵领域的研究越来越多。热泵供热与其他方式供热相比系统效率较高,仅消耗少量高品位热能就可以利用环境中的低品位能量,即进行余热利用,是一种理想供热系统。CO2作为天然工质具有极大优势,其热力学性能较好,符合清洁环保需求。介绍了CO2跨临界循环的优势和意义,在此基础上通过对热力过程的分析建立了CO2跨临界循环的热力循环,进行了循环各状态点的分析和选取,依据国标计算了CO2跨临界循环的各个参数点,通过优化使得热泵系数COPh提高到3.793。结果表明跨临界循环既提高了系统的供热效率,又使得设备空间得以压缩,有着极大的发展潜力与改进空间。

跨临界CO2汽车空调结构与特性

CO2作为一种自然工质的制冷剂，因其对人类自身生存环境的无破坏性，越来越受到人们的重视。但其高的临界压力和低的临界温度给系统及部件的设计带来新的要求。作者为CO2跨临界循环结构及性能作了较为细致的阐述。

一种新型的跨临界CO_2储能系统

为了解决我国风电并网时电力不稳定等问题,实现规模储能,针对目前压缩空气储能(CAES)系统存在的问题,提出了一种新型的跨临界CO2储能系统概念。系统储能介质CO2以液态形式进行储存,以热能和冷能为能量存储主要形式,实现风电的储能和释能过程。对该系统进行了热力学分析和多目标优化,结果表明:在合适的储能压力下,系统储能效率和储能密度均随着释能压力的增大先增大后减小,分别存在最佳释能压力;随着储能压力升高,系统储能效率不断降低,储能密度却不断增加;减小蓄冷器和中间换热器换热温差是提高系统储能效率的关键;通过对储能系统进行多目标优化,最优解对应的系统储能效率为50.4%,储能密度为21.7kW·h/m3。跨临界CO2储能系统具有储能密度较高、绿色高效、不受地理条件限制等优点,在风电的规模存储中具备很好的应用前景。

以液化天然气为冷源的超临界CO_2-跨临界CO_2冷电联供系统

为了提高超临界CO2布雷顿循环(SCO2循环)的低温余热回收效率,采用跨临界CO2循环(TCO2循环)作为底循环对再压缩式SCO2循环进行余热回收,并采用液化天然气(LNG)为冷源对工质进行冷凝,建立了以LNG为冷源的再压缩式SCO2-TCO2冷电联供系统,以同时输出电量和制冷量。对系统进行火用分析比较,并研究了关键热力参数对系统净输出功率、制冷量、系统热效率和系统火用效率的影响。结果显示:使用LNG作为冷源,降低了TCO2循环的冷凝温度,提高了低温回收热效率,系统的热效率(动力)在给定的条件下达到54.47%;提高LNG的入口温度,可以减小系统火用损;高温回热器换热效率增加,系统热效率和火用效率均增加;SCO2透平膨胀比增加,系统热效率降低,但火用效率增加;TCO2透平进口压力升高,系统热效率和火用效率均呈现先减小再升高后减小的变化趋势;随着冷凝温度升高,系统热效率降低,但火用效率先减小后增加。

LNG冷能用于CO_2跨临界朗肯循环和CO_2液化回收

提出了一种利用LNG冷能的新方案。一方面,采用CO2作为工质,利用燃气轮机的排放废气作为高温热源和LNG作为低温冷源来实现CO2的跨临界朗肯循环。由于高低温热源温差较大,循环能够顺利进行;另一方面,从燃气轮机排放的CO2废气在朗肯循环中放出热量后经LNG进一步冷却成液态产品。这样,不但利用了LNG冷能,而且天然气燃烧生成的大部分CO2也得以回收。计算分析了相关参数对跨临界循环特性的影响,包括循环最高温度和压力对系统的比功和火用效率的影响,并分析了回收的液态CO2的质量流量的变化情况。结果表明,这种新的LNG冷能利用方案是一种环境友好的高效方案。

空气源跨临界CO_2热泵系统热气除霜的实验研究

为了解决跨临界CO2热泵系统在低温环境下运行蒸发器的结霜问题,对一种可应用于CO2跨临界循环的热气除霜方法进行了实验研究。在对热气除霜过程中系统循环特性分析的基础上,搭建了空气源跨临界CO2热泵热水器实验台,根据系统各参数点压力和温度变化曲线的实验结果,分析了除霜过程中系统循环的变化规律和蒸发器的除霜特性,发现除霜时热泵系统的流量增大,气体冷却器内的温降减小,故增大气体冷却器出口的CO2气体温度是提高除霜效率的关键。同时,结合实时采集的蒸发器表面霜层变化图像,分析了蒸发器的动态除霜过程,直观观测了热气除霜的除霜效果,整个除霜过程保持了600s,热气除霜的除霜效率为35.6%。根据实验结果可以得出,热气除霜方法是用于空气源跨临界CO2热泵系统除霜切实可行的方法。

跨临界CO_2热泵系统最优排气压力的极值搜索控制

ESC控制策略可以自动搜索性能指标最佳时系统所对应未知的或缓慢变化的系统输入,实际为一种基于梯度信号调制解调的动态搜索方法。本文针对空气源跨临界CO_2热泵热水器系统,选取压缩机排气压力设定值作为ESC控制器的输入,采用COP作为系统性能的输出指标,即极值搜索控制的反馈信号。通过搭建空气源跨临界CO_2热泵热水器的动态模型仿真平台,针对恒定工况,变环境温度条件和实时温度条件分别进行了模拟仿真。仿真结果表明,ESC可以搜索恒定或者系统边界变化时最佳的系统输入值,ESC控制的最优排气压力稳态误差在1.0%以内,与基于模型的控制结果相比,最优排气压力的控制偏差也在5%以内,验证了ESC控制策略的可行性和准确性。

膨胀阀开度对跨临界CO_2制冷系统火用损失影响的实验研究

为提高跨临界CO2制冷系统的性能,研究电子膨胀阀开度变化对水-水跨临界CO2制冷系统各个组件相对火用损失的影响,搭建了带电子膨胀阀的水-水跨临界CO2制冷系统实验台,测试了跨临界CO2制冷系统在恒定进水温度、不同电子膨胀阀开度下的运行参数。基于实验数据,给出了不同电子膨胀阀开度下系统性能系数、系统火用效率和各个设备组件的相对火用损失,计算了膨胀阀在最佳开度、气体冷却器侧水进口温度为30℃、蒸发器侧水进口温度为15℃时,各个设备的火用效率。基于最佳膨胀阀开度时系统内各设备的相对火用损失和火用效率的计算结果,分析了各设备性能提高的潜力。计算结果显示:膨胀阀开度在最佳值时,压缩机和气体冷却器的相对火用损失分别为总火用损失的49.4%和18.9%,设备火用效率分别为60.7%和37.6%,压缩机和气体冷却器性能有较大的提升空间。

双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式优化

双级压缩跨临界CO_2热泵适合于低温地板辐射采暖。以北京市某建筑为对象,进行了双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式的优化分析。结果表明:与单级压缩循环相比,双级压缩循环提高了系统供热的性能系数(COP),并且双级压缩循环中间完全冷却的COP高于中间不完全冷却型式。同时在保持最佳中间冷却压力下,双级压缩中间不完全冷却型式的COP随着高压级压缩机入口CO_2蒸气过热度的增加而逐渐减小。因此在实际系统设计中,双级压缩跨临界CO_2采暖热泵宜采用中间完全冷却型式。

跨临界CO_2制冷系统气体冷却器实验研究

对跨临界CO2制冷系统气体冷却器进行了实验研究。研究表明:随着高压压力的变化,尽管气体冷却器进口的CO2温度与冷却水的换热温差变化范围较大,但气体冷却器出口CO2温度几乎不变;系统的高压压力为9 MPa时,气体冷却器中CO2的压降只有高压压力的1%左右,相对较小;随着气体冷却器出口CO2温度的升高,系统制冷量先呈线性减小,后逐渐趋于稳定,压缩机耗功呈线性增加;实验条件下,气体冷却器出口CO2温度由30℃增至37℃时,系统的COP减小了约25%。

跨临界CO_2制冷系统采用透平膨胀机的可行性分析

对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析。研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果。