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。

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。

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。

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。

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。

跨临界CO_2水-水热泵热水器的系统性能初步研究

设计搭建了一套跨临界CO_2水一水热泵热水器性能测试台,对该系统的性能进行了初步研究。测试了气冷器水流量变化对热泵热水器的气冷器出水温度(即产热水温度)、气冷器CO_2出口温度、压缩机吸气温度、排气压力、系统COP的影响。试验结果表明:1)跨临界CO_2热泵热水器可获得80℃以上热水;2)增加气冷器水流量可有效提高系统的COP。对气冷器的换热性能进行了分析,结合最优排气压力对系统COP较低的原因进行了分析,为下一步系统改进提供了依据。

回热器对CO_(2)驻车空调系统制热性能影响的研究

为了提升驻车空调的制热性能,搭建了一套带回热器的跨临界CO_(2)驻车空调系统,在焓差室中实验研究了有无回热器时气冷器出口温度与排气压力对系统的性能影响。结果表明:在排气压力分别为8.5、9.0、9.5 MPa时,气冷器出口温度从20℃升高至35℃时,制热COP_(h)降低幅度分别为29.7%、19.9%、16.4%;系统使用回热器后最优排气压力下降,下降幅度分别为4.4%、6.1%,对应的最大COP_(h)增加幅度分别为3.2%、3.7%。通过曲面拟合得到了系统使用回热器时提升制热性能的排气压力与气冷器出口温度关联式,该式对回热器在跨临界CO_(2)驻车空调系统制热模式下的实际应用有一定指导意义。

CO_(2)跨临界双级压缩机械过冷循环的性能分析

为了提高CO_(2)跨临界循环的性能,提出了一种双级压缩机械过冷带回热器(简称“TSC+MS+RE”)循环,将其与双级压缩机械过冷(简称“TSC+MS”)循环、双级压缩带回热器(简称“TSC+RE”)循环进行理论计算和性能比较,分析了蒸发温度、环境温度、过冷度、制冷剂流量和排气压力等参数的影响。结果表明:TSC+MS+RE循环的性能最好;在最佳过冷度下,TSC+MS+RE循环的COP比TSC+RE循环增加了33.3%,比TSC+MS循环增加了10.9%;TSC+MS+RE循环的最佳过冷度随着蒸发温度的升高而减小,压缩机耗功比随着蒸发温度的升高而逐渐增大;对于TSC+MS+RE循环,增设回热器导致了压缩机排气温度的升高。

带透平膨胀机的跨临界CO_(2)制冷循环热力性能研究

为提高跨临界CO_(2)制冷循环的性能,提出了冲动式透平膨胀机(ITE)改进方案,该方案可以在回收膨胀功的同时实现双级压缩,对相应的制冷循环进行了热力学性能研究,获得了该循环最佳高压压力、最佳中间压力以及COP的变化规律。结果表明:当蒸发温度从-10℃变化到15℃,气体冷却器出口温度从30℃变化到50℃时,改进ITE制冷循环的COP相对基本制冷循环、回热制冷循环和传统ITE制冷循环,分别提高了38.4%~45.1%,31.1%~37.1%,21.5%~27.9%;蒸发温度越低,气体冷却器出口温度越高,改进ITE制冷循环的优势越明显。

3种型式CO_(2)跨临界带膨胀机热泵循环性能研究

为了提高CO_(2)跨临界热泵系统的性能,通过建立热力学模型,将3种带膨胀机的CO_(2)跨临界循环,即单级膨胀机循环(SCE)、双级一次节流中间完全冷却循环(TPCE)、双级二次节流中间完全冷却循环(TSCE)与单级节流阀循环(BASE)进行了制热性能对比分析。结果表明:蒸发温度变化时,TSCE循环的制热系数COP_(h)最大,分别比SCE和TPCE循环平均高出6.32%和10.01%;当气体冷却器出口温度高于37 ℃时,SCE循环的COP_(h)最大,低于37 ℃时,TSCE性能最好;TPCE和TSCE循环在蒸发温度变化过程中,存在蒸发温度的最优值,对应对基础循环的提升程度ΔCOP最大,TPCE和TSCE循环的ΔCOP最大值分别为27.27%和15.21%;根据假设条件,进而得到了最优高压和蒸发温度和气体冷却器出口温度之间的关联式。

电动汽车CO_(2)热泵空调系统优化及制冷性能分析

为提升电动汽车CO_(2)热泵空调系统的制冷性能,文章构建了中间补气+回热器的跨临界CO_(2)系统,通过仿真研究了气体冷却器出口温度(T_(go))、气体冷却器压力(P_(g))、中间补气压力(P_(m))、相对补气量(β)、回热器过热度(ΔT)对系统制冷系数(EER)、制冷量(Q_(e))和压缩机排气温度(Tco)的影响及中间补气对回热器优化能力的提升。研究表明:存在最佳气体冷却器压力和最佳中间补气压力使得EER达到最大值,并得到两者与气体冷却器出口温度的关系式;气体冷却器出口温度上升会使系统性能下降,中间补气量和回热器过热度的增加能提升系统性能,EER提升了15.64%和6.07%,制冷量提升了27.88%和4.78%;回热器过热度的增加会导致压缩机排气温度上升,中间补气可降低压缩机排气温度,当限定压缩机排气温度时,中间补气可使回热器对EER和制冷量的优化能力分别提升了203%和173.87%;相对于基础跨临界CO_(2)系统,文章构建的优化系统在所研究工况内可使系统EER和制冷量分别提升18.38%和35.03%。

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。

带回热器CO_(2)跨临界热泵系统的性能分析

为了比较回热器对不同型式CO_(2)热泵系统性能的影响,建立了5种带回热器CO_(2)跨临界循环的热力学模型,分析了吸气过热度、蒸发温度、高压压力和气体冷却器出口温度对制冷、制热系数的影响,以及蒸发温度、气体冷却器出口温度对最优高压压力的影响,给出了不同循环的适用条件。结果表明:带膨胀机单级、双级压缩系统综合性能较好,制冷COP可分别达到2.83和3.2,制热COP可分别达到3.82和3.6,但都不适合加回热器;回热器对CO_(2)跨临界双级带节流阀回热器循环(TSCV+IHE)性能提高最大,过热度平均每提升5 ℃,COP提升约0.1;CO_(2)跨临界单级带喷射器回热器循环(SCEJ+IHE)适用于蒸发温度、气体冷却器出口温度均较低的情况;单级压缩比双级压缩的最优高压压力低0.5~1 MPa;提高蒸发温度和减小气体冷却器出口温度都有利于降低最优高压压力。研究成果可为CO_(2)跨临界循环的性能提高和优化提供参考。

CO_(2)热泵热水器燃气冷却器的设计与试验研究

CO_(2)是天然制冷剂,可将冷水加热至90℃,高于氢氟烃热泵热水器的加热温度,CO_(2)热泵热水器的应用潜力巨大。该研究设计了一套CO_(2)跨临界循环热泵热水器系统,并对其中的气体冷却器进行试验。试验结果显示,增加气体冷却器的水流量可以降低出口温度并提高系统的性能系数(COPh)。然而,增加气冷器出水温度会降低系统的节能效果。此外,试验还发现提高水流量并不能明显提高换热系数。综上所述,该气体冷却器能够满足跨临界CO_(2)循环热泵热水器的需求。该研究对CO_(2)热泵热水器的应用具有重要的指导价值。

CO_(2)跨临界冷热联供循环性能分析

以CO_(2)跨临界循环冷热联供系统为研究对象,通过理论计算分析了传热窄点温差约束下系统供热温度、供冷温度、制热系数(COP_(h))和制冷系数(COP_(c))随压缩机排气压强、气体冷却器出口工质温度和蒸发温度的变化规律。结果表明:供热温度随压缩机排气压强和气体冷却器出口工质温度的提高而升高,随蒸发温度的提高而降低;供冷温度只随蒸发温度变化;COP_(h)和COP_(c)随气体冷却器出口工质温度的提高而减小,随蒸发温度的提高而增大;当气体冷却器出口工质温度为30~40℃时,随压缩机排气压强的增大,COP减小,当气体冷却器出口工质温度为45℃时,COP先增大后减小;在考察工况下,当蒸发温度为-25℃、气体冷却器出口温度为45℃时,循环系统在压缩机排气压强为14 MPa可以达到最大供热温度120.65℃、最低供冷温度-15℃,此时系统COP为2.94。

内燃机余热回收分流式二氧化碳动力循环系统经济性分析

相较于不分流余热回收系统,含有分流设计的CO_(2)跨临界动力循环内燃机余热回收系统可以有效避免各换热器之间的温度干涉,提高烟气余热利用率和回热器效率,进一步提高余热回收系统的做功能力,但更加复杂的系统不可避免地增加了系统各项成本。对此,基于MATLAB平台,建立了该系统的经济性模型,采用单位发电量成本CUEC、换热器面积功率比rAPR和环境回收期tEPP作为评价参数,综合考虑净功率、系统小型化潜力和环境经济性来评估分流系统的经济性潜力。结果表明:分流系统在膨胀机入口温度约505 K、入口压力约13.5 MPa的较大工况范围内CUEC指标存在优势;在膨胀机入口温度高于473 K时,分流系统的rAPR存在明显优势,相较不分流系统最高改善11.6%;tEPP指标在所有工况下均优于不分流系统;当膨胀机入口温度高于480 K时,分流系统在经济性上具有更大优势。最后,针对未来研究方向,给出了对经济性参数进行多目标优化、开展余热回收系统与内燃机耦合的相关研究等建议。

一种用于供暖的改进式机械过冷跨临界CO_(2)热泵

采用机械过冷可以有效改善跨临界CO_(2)热泵用于供暖的性能。本文在此基础上提出了一种优化热水加热过程的新方案。热泵系统中的水路由并联改为串联,CO_(2)气冷器被拆分为二,回水依次经CO_(2)气冷器1、辅助循环冷凝器和CO_(2)气冷器2三段加热,制冷剂–水换热温差均匀性得到显著改善。利用仿真模型,研究了热水侧总换热面积一定时,辅助循环冷凝器和CO_(2)循环气冷器换热面积分配对系统性能的影响。结果表明,在最优换热面积分配下,改进式系统的COP可提升1.9%∼7.2%。换热流体温差越大,环境温度越高,COP提升越显著。

基于跨临界循环的卡诺电池储能系统构型优化

卡诺电池是一种新兴有前景可实现大规模储能的技术。本文基于跨临界CO2循环的卡诺电池储能系统,首先根据储热介质和有无回热情况,设计了 6种系统构型,并对其热力参数进行优化;之后,从热-经济学的角度开展了对比分析,获得了最优系统构型。结果表明:带回热后的卡诺电池系统比无回热系统综合效率有所提高;其中使用菜籽油时获得最高综合效率(75.28%)和储能密度(36.61 kWh·m^(-3)),且比无回热的系统分别增大了 36.67%和25.68 kWh·m^(-3)。6种卡诺电池系统构型的总投资成本在(11.5~36.3)×10^(6) USD,单位能量的投资成本在954~3028 USD.kW^(-1)·h^(-1);换热器成本占比最高可达54%,储热罐的成本占比最高可达14%,膨胀机和压缩机成本占比分别在18%~31%和14%~26%之间;对比来看,使用导热油并加入回热的卡诺电池系统经济性最好。