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。

跨临界CO_(2)热泵单/双级切换性能优化对比分析

为提高跨临界CO_(2)热泵系统在不同地区采暖的能效和经济性,提出STSHPS(单、双级切换的热泵系统),并与BASE(单级压缩热泵系统)和TSHPS(双级压缩热泵系统)进行对比,通过建立各循环系统的热力学、环境性以及经济性模型,从不同角度进行分析。研究结果表明:设计工况下,环境温度为3℃时,双级压缩系统的C_(OP)(制热性能系数)大于单级压缩系统,即环境温度为3℃可作为单双级切换的条件;在乌鲁木齐采用STSHPS碳排放所造成的成本与BASE相比降低22%;STSHPS在单级压缩运行时采用2台压缩机交替运行的方式,初始成本经过折算与TSHPS相比降低26.9%—66.7%;在设备运行15 a后,3个城市的累计总费用,STSHPS与TSHPS和BASE相比降低5.3%—16.8%和1.8%—13.5%。STSHPS的能效、环保性能以及经济性均是3个系统中最好的,优势比较明显。

跨临界CO_(2)热泵空间应用研究展望

随着中国深空探测事业的发展,建立月球基地成为未来载人航天活动的趋势,采用基于跨临界CO_(2)热泵的热控系统可以实现高效散热,具备降低辐射器面积和热控系统重量的应用潜力。对跨临界CO_(2)热泵空间应用具备的优势进行了总结,包括实现辐射器高效散热、热泵系统更高性能系数、压缩机体积更小等。同时指出了跨临界CO_(2)热泵空间应用存在的难题,包括现有热力学模型无法适应空间应用、热泵在低/微重力下油气分离效率低等。基于现存的难题,提出了未来的研究重点,以指导跨临界CO_(2)热泵的后续研究及空间应用。

闭式跨临界CO_(2)热泵烘干系统最优工况研究

目的对跨临界CO_(2)热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO_(2)闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法通过建立CO_(2)循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO_(2)热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO_(2)热泵循环的耦合机理。结果获得了CO_(2)循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论研究表明,在CO_(2)热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。

跨临界CO_(2)与R1234yf低环温高温热泵热水系统性能分析

热泵中采用环境友好型工质可以减少对臭氧层的破坏,在低环境温度的条件下,在已有热泵系统的基础上,可使用CO_(2)跨临界循环,并采用机械过冷。基于此,本文提出了R1234yf/CO_(2)机械过冷热泵系统(MSHPS)、CO_(2)/R1234yf双气冷器机械过冷热泵系统(DMSHPS)和CO_(2)双级压缩三气冷器热泵系统(TSCHPS)。通过建立热力学模型,对采用CO_(2)和R1234yf的系统制热性能进行分析,通过最优排气压力、蒸发温度、冷凝温度、辅循环和主循环流量比等条件,对同一系统和不同系统间的性能进行分析。本文将R1234yf替换为R134a,对比MSHPS和DMSHPS中采用R1234yf和R134a的制热性能,结果表明:MSHPS和DMSHPS两个系统中R1234yf和R134a的制热性能基本相当。

冷库用CO_(2)跨临界制冷系统最优排气压力研究

设计并搭建CO_(2)跨临界循环制冷机组,研究机组的最优排气压力,并分析在不同的冷库温度下,环境温度对最优排气压力的影响。实验结果表明:在环境温度和冷库温度分别为20℃、-10℃,压缩机转速为4200 r/min时的最优排气压力为7.7 MPa;最优排气压力随环境温度上升而逐渐上升,环境温度对最优排气压力的影响程度相较于冷库温度的影响较大。拟合得到了系统最优排气压力与环境温度和冷库温度的函数关联式。关联式的最优排气压力预测值与实测值之间的最大偏差为6.9%,实验装置在该排气压力预测值下运行时的系统性能系数C_(OP)仅比该排气压力实测值下运行时的系统C_(OP)小4.6%,匹配良好。

CO_(2)跨临界循环冷热联供机组性能实验研究

采用CO_(2)跨临界循环水-水热泵技术,测试了CO_(2)跨临界循环冷热联供机组的性能特点。通过调节压缩机频率、电子膨胀阀开度、蒸发器侧乙二醇水溶液进口温度与气冷器侧进水温度等方式,测试该机组在以制热为主要目标时最优排气压力的变化,以及不同参数对制热量、制冷量、制热COP h与系统综合能效COP(制热COP_(h)与制冷COP_(c)之和)的影响规律。研究结果表明:在额定工况下,压缩机频率从80 Hz增加到120 Hz时,系统最大制热COP_(h)从3.9降到3.3;当乙二醇水溶液进口温度升高、气冷器进口水温降低时,系统的制热COP_(h)以及系统综合能效COP都随之升高。机组同时供冷供热可明显提高系统综合能效,经济性好且节能效果显著。文中的研究成果对于屠宰、酿造等同时具有冷热需求的行业推广应用CO_(2)冷热联供机组具有参考价值。

商超两级节流跨临界CO_(2)制冷系统性能分析

针对跨临界CO_(2)制冷系统在炎热地区性能不佳的问题,构建了带有内部热交换器、使用并行压缩和机械过冷的3种改进的CO_(2)制冷系统热力学模型,对包括基本两级节流CO_(2)制冷系统在内的4种系统构型的运行特性进行了优化和分析,并基于中国典型城市气象参数,对系统的季节和全年性能进行评估,并进行碳排放相关计算。结果表明,带有内部热交换器的系统在环境温度为7.0~14.0℃时性能提升最显著;当环境温度大于14.0℃时,机械过冷系统的性能提升效果最明显。在气候炎热地区使用时全年性能系数偏低,采用改进的CO_(2)制冷系统可显著改善炎热地区使用时的系统性能,其中机械过冷系统的改善效果最明显,全年性能系数最高提升18.7%,全年能耗降低19.3%,在厦门地区使用机械过冷系统可减少碳排放19.3%。

液态存储跨临界压缩CO_(2)储能系统性能分析

为了深入研究能量密度高、受地理条件限制少的液态CO_(2)储能系统的性能,提出了一种新型液态存储跨临界压缩CO_(2)储能系统。该系统采用蓄能装置存储过程中产生的热能与冷能,同时利用高低压储罐以液态存储CO_(2),从而提高系统的储能效率和能量密度。对该系统进行了热力学分析与多目标优化,仿真结果表明:在典型设计工况下,蓄冷器、压缩机和膨胀机有较大的[火用]损,分别占总[火用]损的24.09%、25.40%和23.82%。参数分析表明:该系统的储能效率随高压储罐压力、低压储罐压力、泵增压、蓄热水分流比的增大先增加后减小,意味着这些参数存在最优值,但储能效率随节流阀压降的增加而减小;增加高压储罐压力、节流阀压降、泵增压或降低低压储罐压力有利于提升系统能量密度,并且存在最佳的蓄热水分流比使系统能量密度最大。此外,多目标优化结果表明,系统的最优储能效率和能量密度分别为58.79%和17.85k W·h·m^(-3)。

跨临界CO_(2)空气源热泵热水器性能研究

为进一步研究CO_(2)空气源热泵的系统性能,文中以跨临界CO_(2)热泵热水器为研究对象,实验分析压缩机频率、排气压力和水流量对系统性能的影响,以及气冷器入口参数对气冷器螺旋盘管沿程换热的影响。结果表明:随着水流量的增加,压缩机功率、压比以及水侧出口温度都呈下降趋势,而系统制热性能系数(COP)呈上升趋势,由于CO_(2)在放热过程中存在温度滑移现象,因此随着排气压力的升高,其气冷器出口焓值出现显著变化,系统COP、水侧出口温度以及系统制热量呈先上升后下降的趋势。为保证生活热水需求和较高的系统性能,选择了系统COP与水侧出口温度交点所对应的水流量为最佳水流量。研究发现气冷器螺旋槽管换热系数峰值的变化与雷诺数的变化成正比、与入口压力的变化成反比,提高质量流量有利于气冷器的换热性能。

25 MW跨临界CO_(2)离心压缩机设计

基于25 MW压缩CO_(2)电热储能系统参数要求,自主研制了跨临界CO_(2)离心压缩机。介绍了一维热力气动方案设计、轴向力平衡方案设计、三维气动性能校核、变工况特性分析、结构方案设计和轴系稳定性核算的情况,并通过CFX软件对压缩机气动性能进行了分析,结果表明:所设计的离心压缩机设计点喘振裕度大,等熵效率高,结构方案合理。

跨临界CO_(2)制冷技术发展现状及其改进途径综述

跨临界CO_(2)制冷是一种以CO_(2)作为制冷剂气体冷却过程在临界点以上的新型制冷技术。对近年来CO_(2)制冷技术的发展进行了概括及分析。针对传统制冷剂与CO_(2)制冷剂的特点,重点分析了二者在物理性质上的区别,说明了CO_(2)作为新型制冷剂的可取性;针对提升制冷系数的目标,讨论了两级压缩、膨胀机、回热器的工作原理以及对系统性能的影响。综述了新型双级压缩CO_(2)制冷循环的研究现状,归纳了CO_(2)制冷循环进一步改善性能的技术途径。

带热电过冷CO_(2)跨临界热泵系统实验和仿真研究

CO_(2)跨临界热泵系统在制冷制热应用方面具有极大的潜能,为了更好地提高该系统的效率,通过实验及仿真对该系统性能进行研究。首先对系统进行了实验测试,然后运用集中参数法建立系统各部件模型,对系统性能进行模拟计算,并与实验值进行对比。分析CO_(2)质量流量、冷却水温度流量对系统制冷性能系数COP和制热性能系数COPh的影响。结果表明:COP/COPh随CO_(2)质量流量、冷却水流量的增大而增加;随冷却水温度的升高而减小。并且加过冷器之后系统的COP和COPh与不加过冷器相比,分别增加了4.19%和4.62%。同时模拟值与实验值的一致性较好,误差基本在10%以内,从而验证了模型的准确性。研究结果可为系统进一步优化提供理论支持。

新型跨临界CO_(2)循环冷热电联供系统分析

冷热电联供系统(以下简称联供系统)具有较高的能量转换效率,在中低温余热的利用方面具有显著优势。提出了一种由朗肯循环和喷射式制冷循环组成的新型跨临界CO_(2)循环联供系统,并对其热力学性能进行分析。以同时产生最大净输出功和制冷量(Combined Cooling Power, CCP)模式或同时产生最大净输出功和供热量(Combined Heating Power, CHP)模式作为目标函数,对联供系统进行优化。结果表明:在研究的参数范围内,联供系统具有较理想的净功输出,实现了制冷量和供热量的可调性。研究成果对中低温余热的利用具有借鉴意义。

带膨胀机和回热器的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环研究

通过对比3种不同的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环,研究节流阀、回热器和膨胀机对制冷循环COP和效率的影响。结果显示:在3种两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环中,带膨胀机的制冷循环的COP和效率最高,带膨胀机和回热器的循环次之,带回热器和节流阀的循环的COP和效率最低;在合理参数范围内,增大压缩机1的压比可以提高3种循环的COP和效率;在合理参数范围内增大压缩机2的压比,3种制冷循环的COP和效率均先增大后降低;增大压缩机和膨胀机的等熵效率均可以显著提高两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环的COP和效率。

喷气增焓机械过冷CO_(2)跨临界循环性能分析

提出了一种喷气增焓机械过冷CO_(2)跨临界循环,以研究循环喷气增焓与机械过冷耦合特性。建立喷气增焓机械过冷CO_(2)跨临界循环热力学模型,并采用EES(Engineering Equation Solver)软件对循环性能进行仿真分析。研究了主循环压缩机排气压力、中间压力、辅助循环过冷度以及环境温度对循环COP、排气温度、制热量、压缩机功等参数的影响,并在相同参数条件下与常规机械过冷循环进行对比分析。结果表明:主循环排气压力为9.7 MPa时取得最大COP为3.435,喷气增焓对机械过冷CO_(2)跨临界循环进一步降低排气温度有较明显效果;存在使循环COP最大的最优中间压力,相同中间压力下,喷气比取0.3、0.4、0.5时COP逐渐降低;提高过冷度使循环COP和排气温度降低,制热量和辅助循环压缩机功升高;环境温度变化时,中间补气焓值变化,进而使压缩机出口温度变化。

某CO_(2)跨临界冰场制冷系统中低压循环桶的选型分析

以上海某CO_(2)跨临界冰场中使用的桶泵供液系统为对象,通过计算低压循环桶的分离直径和容积确定低压循环桶的参数。低压循环桶分离直径的设计原则是确保蒸发器回到低压循环桶的制冷剂能够充分分离。低压循环桶容积应适宜,以保证在系统运行中不会发生低压循环桶液位过低或者液位过高的情况。

跨临界CO_(2)蒸气压缩式制冷与热泵技术综述

CO_(2)跨临界制冷循环模式因环境友好性、高温制热性、低环境温度适应性、全工况范围高效性等众多优势成为制冷领域中最热门的研究课题之一。本文分别讨论了跨临界CO_(2)制冷或热泵技术在车辆空调、建筑采暖与热水供应、烘干产业、商超冷链等行业中的发展现状,总结并预测了跨临界CO_(2)技术的未来发展趋势。CO_(2)制冷技术在车辆热管理领域发展前景广阔,制热能力明显优于采用R134a、R407C、R1234yf等制冷剂的方案,但制冷性能及整车综合热管理技术还有待进一步研究提升;在建筑采暖与热水供应领域,跨临界CO_(2)技术的开发已较为完备,针对不同的温度需求有不同的结构优化方案,下一步研究将主要针对现有成熟技术的产业化而开展;烘干产业中的跨临界CO_(2)技术正在快速进步的过程中,虽然分布式小型烘干设备的新能源化改造任重道远,但节能与环保优势显著的跨临界CO_(2)技术仍具备优异的推广前景;跨临界CO_(2)技术在商超冷链中的Booster技术已较为成熟,优良的节能环保优势也进一步将该技术推向冰雪场馆制冷领域,在该领域中跨临界CO_(2)技术的冷热综合应用将是下一阶段的主要研究方向。喷射器、涡流管、膨胀机等压力能回收技术的深入研究是提升系统能效的重要方法,而智能控制技术是跨临界CO_(2)系统实时性能优化的必要保障,这两方面将成为下一阶段跨临界CO_(2)技术研究的主要任务。

跨临界CO_(2)热泵系统最优排气压力模拟与实验研究

为探究各操作变量对系统最优排气压力的影响,基于MATLAB平台建立了系统仿真模型,分析了特定工况下,在有、无中间换热器的情况下,系统各变量对系统COP(制热性能系数)的影响,确定了影响系统最优排气压力的主要因素,并拟合了相应的关联式。同时利用跨临界CO_(2)热泵系统实验台,在不同蒸发温度与气冷器出口温度条件下研究了排气压力对系统性能的影响,得到不同工况对应的最优排气压力值,并与最优排气压力仿真值进行对比验证。结果表明:系统存在最优排气压力,使得系统COP在此压力下达到最大值;加入中间换热器以后,系统COP有所增加,但最优排气压力几乎不变;高的干度、过热度对系统COP的影响很小,系统COP随着气冷器出口温度的升高急剧下降,随蒸发温度的升高而增大,最优排气压力主要与气冷器出口温度和蒸发温度有关;实验得到的系统最优排气压力值与仿真值的最大相对误差为3%,仿真拟合的最优排气压力关联式与实际运行过程匹配良好。

增强型CO_(2)跨临界冷电联产系统性能分析

二氧化碳(CO_(2))作为一种天然制冷剂,越来越受到人们的重视,但CO_(2)制冷循环效率低,限制了其应用范围。为提高CO_(2)制冷循环效率,提出了一种增强型CO_(2)跨临界冷电联产系统。该系统以有机朗肯循环(ORC)回收CO_(2)跨临界循环的部分冷凝热,将其转换成电能,达到提高系统COP的目的。在不同蒸发温度、CO_(2)冷凝压力和CO_(2)过热度条件下,分别对比分析了增强型CO_(2)跨临界循环和传统CO_(2)跨临界循环COP变化。结果表明:增强型CO_(2)跨临界循环可以有效提高系统COP,在分析范围内,最大提高率为22%。此外,分析了ORC循环部分使用6种不同有机工质条件下系统COP变化,结果表明:采用R227ea时,系统整体COP值较高。