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。

跨临界CO_(2)循环系统控制优化策略的研究进展

控制策略作为跨临界CO_(2)循环系统的重要组成部分,是保证系统高效节能运行的关键。介绍了系统最优排气压力经验计算和泊金汉π定理的反馈控制、基于梯度追踪和极值寻优的实时在线控制以及基于神经网络的预测控制等,详细分析了系统控制策略的发展历程和未来发展趋势,并总结如下:离线控制建立简单、成本低,但易受到环境因素和系统部件变化的影响而导致控制性能降低;实时在线控制策略可以实时追踪系统最大能源效率对应的排气压力,但由于寻优过程费时较长,导致控制系统的收敛时间过长;模型预测控制系统可以实现实时优化和快速收敛,有着良好的发展前景。结合新能源汽车、建筑供暖、轨道交通、商超冷藏、军工等实际场景对跨临界CO_(2)循环系统控制策略的应用特点和未来发展趋势进行分析,进一步说明了提高控制策略的适用性是未来研究的重要方向,并分析将广义预测控制、强化学习等具有自适应属性的方法应用于跨临界CO_(2)循环系统控制策略的可行性,同时探讨了开发适用于大规模循环系统和储能系统控制策略在我国“双碳”背景下的重要意义。

风量对跨临界CO_(2)驻车空调系统性能的影响

为研究风量变化对跨临界CO_(2)驻车空调系统性能的影响,控制室内外风量在最优风量以降低总能耗,获得最高的能效比。通过搭建系统样机,在焓差室测试其性能并研究风量对系统性能的影响。结果表明:样机在名义制冷工况下,取系统理想制冷性能系数C_(OP)最大时对应的排气压力为最优排气压力(9 MPa)。在最优排气压力下探究风量的影响。室内风量固定时,随着室外风量的增加,排气温度先快速下降后趋于稳定。室外风量固定时,排气温度与室内风量的关系取决于室外风量的大小,当室外风量低于1500 m^(3)/h时,排气温度随着室内风量的增加而增加;当室外风量高于1500 m^(3)/h时,排气温度随着室内风量的增加呈现先减小后增大的趋势,且在室内风量为300 m^(3)/h时排气温度达到最小值。室内、外风量增加时,系统制冷量先增加后降低,总功耗先降低后升高,系统C_(OP)呈现先上升后下降的趋势。最优风量为室内风量300 m^(3)/h,室外风量1750 m^(3)/h,此时系统C_(OP)达到最大2.26,为跨临界CO_(2)驻车空调系统的设计与安全高效运行提供参考。

两种跨临界CO_2热泵热水器系统循环性能实验研究

在自行研制的跨临界CO2热泵热水器实验台上,通过调节冷却水流量和节流阀开度设定实验工况,测试不加喷射器的跨临界CO2热泵系统(TRCS)与加喷射器的跨临界CO2热泵系统(TRCS-EJEC)的循环性能,并分析喷射器的工作性能。在测试工况内的结果表明,TRCS-EJEC的排气温度与压缩机压比都要比TRCS低,跨临界CO2热泵系统内加入喷射器后可以增大制热系数,TRCS-EJEC的制热系数比TRCS提高的幅度最大可达13.9%。喷射器的工作完善度越高,喷射器对系统性能提高的作用就越大,高效喷射器是跨临界CO2热泵热水器优化的一个重要因素。

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。

CO_2跨临界循环双级压缩系统最优中间压力分析

为了提高CO2跨临界循环系统的效率,可以采用双级压缩。分析了给定双级系统的最优工况点,一级节流双级压缩系统的最优中间压力以及最优高压压力随不同参数的变化趋势性能,得到了最优高压压力与最优中间压力的关联式,为双级系统的设计提供了理论支持。

跨临界CO_2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

建立了CO2制冷系统中绝热毛细管一维稳态分布参数模型,以研究跨临界CO2系统中毛细管的性能和流动特性.分别采用3种不同摩擦系数关联式(Churchill、Colebrook、Bittle&Pate关联式)进行模拟和比较,研究了CO2在毛细管内的温度、压力、焓、熵及干度等的沿程分布规律.分析了管径、入口压力、入口温度和背压等4个参数对毛细管质量流量的影响,并考虑了壅塞现象.结果表明:采用Churchill和Colebrook关联式的效果较好,92%的计算值误差在10%以内,而Bittle&Pate关联式不适用于CO2绝热毛细管计算,因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度;背压对质量流量影响很小,即使发生壅塞,壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大.

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。

CO_2跨临界循环和除湿法冷却联合循环系统的研究

为有效回收和利用CO2 跨临界循环的气体冷却器排气热量 ,提出了一种将除湿法冷却供冷和CO2 跨临界循环结合起来的系统方式 ,介绍了系统的组成和特点 ,分析了系统的循环效率、可行性和经济性 ,指出该方式可有效提高系统的综合能源利用效率 。

跨临界CO_2压缩喷射系统稳定性实验研究

为了研究跨临界CO2压缩喷射系统的稳定性,在自行搭建的实验台上进行了改变工作环境参数及调节节流阀开度对系统稳定性影响的实验.通过分析实验工况下工作流体压力、引射流体压力、背压、工作流体流量、引射流体流量、喷射系数和升压比的变化趋势,得出以下系统稳定性规律:当冷却水流量变化或节流阀开度变化时,系统将从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态,在过渡阶段系统处于不稳定状态;当节流阀开度接近全开(90%)时,工作流体压力将超过压力极限,工作流体流量将达到压缩机的阻塞工况,系统越来越偏离稳定工况,必须及时关闭系统;当节流阀开度接近全关(5%)时,引射流体流量不断减小,最终减小为零,喷射器不再卷吸引射流体,必须及时关闭系统.

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%。

CO_2跨临界热泵双级加热热水系统运行参数分析与比较

对单级加热与双级加热两种形式的CO2跨临界循环热泵热水系统进行分析对比,并对CO2跨临界循环热泵双级加热热水系统进行了运行参数的分析.发现双级加热系统有不同于单级加热系统的规律,前者更为灵活,通过增加预热器,还可适当地提高能效比.在实际应用中应根椐使用要求采用不同的热水循环系统和运行参数,使系统达到最佳状态.

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。

跨临界CO_2制冷系统的Matlab仿真实验

运用Matlab中Simulink的功能,针对跨临界CO2制冷系统,采用集中参数法建立动态仿真模型,并求解计算。通过仿真跨临界CO2制冷循环的试验过程,分析相关重要运行参数对跨临界CO制冷系统性能的影响。

热源与热汇对跨临界CO_2系统性能的影响

跨临界CO2系统性能不仅受到排气压力的影响,而且对热源热汇温度的变化也十分敏感。介绍了具有双节流阀装置且带有平衡储液器的跨临界CO2制冷热泵试验台,并改变热源和热汇温度条件对系统进行了多工况对比性试验研究。结果表明:当热汇温度15℃一定,热源从15℃上升到25℃时系统制热COPH平均每5℃上升4.4%左右,反之热源温度25℃一定,热汇从15℃上升到25℃,系统制冷COP平均每5℃下降6.8%左右。且热源温度对冷冻水出水温度影响较大,而热汇温度对其影响较小,无论是热源或热汇温度平均每改变5℃对冷却水出口温度的影响范围在0.7℃到1.9℃左右。

跨临界CO_(2)热泵系统最优风量实验研究

为探究在压缩机固定转速下风量对跨临界CO_(2)循环系统性能的影响,以及确定使系统达到最大COP的最优风量,搭建了跨临界CO_(2)热泵系统实验台。研究了室内、外风量对系统制热性能的影响,并总结出确定最优风量的方法。结果表明:跨临界CO_(2)热泵系统在制热模式下运行,当室内风量固定时,随着室外风量的增大,排气压力与室内出风温度均呈现出先升高后趋于平稳,系统制热COP随着室外风量的增大存在一个最优值;为准确预测最优室外风量,引入最优排气压力偏离度σ和参数变化率δ作为最优室外风量的判断依据,当σ=0.48%,δ=1.4%时,系统处于最优室外风量,即对应系统在最大的COP下运行。经过实验验证,最优室外风量预测值误差在5%以内,该方法具有较高的准确性。

CO_2跨临界循环水源热泵系统的试验研究

为研究CO2在热泵领域的应用,设计并搭建了CO2跨临界循环水源热泵系统试验台,研究系统在不同工况下运行的性能参数.试验结果表明:在水源温度为30℃,初始水温度为25℃,蒸发温度为10℃,终止水温度为60℃和65℃,蒸发器侧的水热源流量为0.6 m3/h条件下,系统COPH随着高压侧压力的升高,呈现出先升高后降低的趋势,最大COPH为4.4,与其相对应的高压侧压力为最优高压侧压力.

跨临界CO_2汽车空调系统研究进展

综述了近年来这种空调系统在理论和实验研究方面取得的主要进展,包括系统各主要部件(压缩机、换热器和节流机构)的发展状况及研究的发展趋向。已有的研究表明,系统的COP存在最大值,而且与气体冷却器出口温度几乎呈正比关系;气体冷却器的出口温度和压缩机的效率是影响系统性能的主要因素;安装内部换热器可以提高系统的性能,尤其是在高压侧压力不高时;当高压侧压力较高时,与气体冷却器和压缩机相比,吸气换热器的影响几乎可以忽略不计。

CO_2跨临界制冷系统单元件改进的性能研究

通过加入回热器和旁通阀,对带有双节流阀的CO2跨临界制冷系统进行了改进,通过对改进前后系统性能参数的理论分析和计算,得出结论:一定的工况下存在一个最佳高压侧压力(Ph,opt),它与气冷器出口温度(T3)、蒸发温度(Te)的关系为:Ph,opt=0.264 3 T3-0.008 9 Te-70.255 4;回热器的加入在低于Ph,opt的压力区内对系统性能有较大的提升,旁通阀的加入从理论计算来看对系统性能影响很小.

CO_2跨临界循环带膨胀压缩机系统热力学分析

膨胀压缩机是一种膨胀功回收装置,膨胀机的膨胀功全部用于提供给辅助压缩机作为输入功,以驱动压缩机完成压缩过程。膨胀压缩机在系统中可以与主压缩机串联和并联,由于布置形式不同,则压缩机的流量和压比改变,导致系统循环性能系数也发生变化。本文利用简单的压缩机模型,对CO2跨临界循环带膨胀压缩机的两种不同布置系统形式进行了分析,并在理想等熵情况和考虑压缩机和膨胀机效率情况下进行了对比,得出串联模式系统的中间压力不能达到系统最优中间压力,串联模式系统COP总是高于并联模式系统。