电动车跨临界CO_(2)热系统充注定量需求规律及非适充系统失稳特性

跨临界CO_(2)热系统是解决电动车“低温续航衰减”和“热系统工质温室效应强”主要问题的最佳技术之一,而电动车多变场景耦合跨临界循环复杂性,系统性能及运行稳定性强依赖于充注量。通过仿真研究了跨临界CO_(2)热系统在不同工况下的CO_(2)充注量定量需求变化规律。重点研究了环境温度、室内风量和室外风速这3个关键因素对不同模式下的系统制冷剂需求量的影响机理和定量表征;并探讨了在非适充场景下的系统动态特性。结果表明:热泵模式下,制冷剂需求下限随环境温度的升高、室内风量的降低和室外风速的增加而增大,其定量影响幅度为18.6%、6.16%和18.9%。制冷模式下,制冷剂需求下限则随环境温度的降低、室内风量的降低和室外风速的增加而增大,其定量影响幅度为7.03%、7.85%和2.27%。在非适充工况下,因非适充下的系统控制量与目标量作用关系发生潜在变化,导致系统出现失控,需要通过制冷剂分布调控缓解特殊工况的系统不稳定性。研究结果对于优化电动汽车空调系统储液器设计、提高其能效和舒适性具有重要参考价值。

跨临界CO_(2)水-水热泵系统的实验与仿真研究

为提高跨临界CO_(2)水-水热泵系统的效率,根据已有实验台建立系统仿真模型,分别进行实验测试和数值模拟,通过实验数据验证仿真模型的准确性。基于制取热水的目的,模拟分析运行参数对系统性能的影响,结果表明:增大过热度可提高性能系数(COP),用户侧供水温度平均提高11.3℃;随着高压压力的增大,用户侧供水温度升高,存在最优高压压力使COP最大;增大冷冻水的流量和升高进口温度,系统的制热效率可提高约40%,但用户侧供水温度变化不大。根据实验及仿真结果,设计太阳能辅助跨临界CO_(2)热泵双蒸发器系统,可实现3种不同运行模式,能够升高冷冻水进口温度、增大系统效率。与电加热锅炉和燃气锅炉进行经济性比较,太阳能热泵分别在第5年和第7年与上述两种加热方式的总投资持平,其运行20 a的总投资分别比燃气锅炉和电加热锅炉节约39%和49%,具有明显的经济优势和实用推广价值。

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。

风机转速对CO_(2)空气源热泵热水器性能影响的试验研究

为了定量探究CO_(2)空气源热泵热水器系统性能随风机转速的变化规律,通过试验研究了不同工况下,改变风机转速对排气压力、过热度、CO_(2)质量流量、系统制热量、系统总功耗以及制热性能系数COP的影响;利用响应曲面法对试验进行了优化分析,同时利用试验数据拟合了COP回归模型,并进行可信度分析;通过回归模型预测了系统的最优运行工况并进行试验验证。结果表明:在压缩机频率和电子膨胀阀(EEV)开度一定的情况下,存在着最佳风机转速;在45~85 Hz范围内,随着压缩机频率的提高,COP先增大后减小,增幅最高可达8.97%,各频率下COP最大时对应的最佳风机转速不断减小;随着EEV开度在35%~55%范围内不断增大,COP先增大后减小,增幅可达到6.6%,各EEV开度下COP最大时对应的最佳风机转速不断增大;当压缩机频率为65 Hz、EEV开度为50%时,对应的最佳风机转速为1000 r/min,系统COP达到峰值(4.09)。本文所拟合的COP回归模型最大误差为4.5%;预测系统最优运行工况为:压缩机频率68 Hz、EEV开度52%、风机转速956 r/min,此时系统COP最大,可达到4.29,预测误差为3.7%。本研究可为CO_(2)空气源热泵热水器系统保持高效运行提供理论指导。

基于跨临界CO_(2)热泵的氢燃料电池汽车整车热管理系统

在“双碳”目标指引、《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》正式生效的背景下,大力发展氢燃料电池汽车已然成为交通载运领域实现节能减排、助力碳中和的重要方案之一。然而,目前的氢燃料电池汽车存在工作温度区间窄、热管理工质温室效应、热管理系统相对独立而导致效率较低等问题。针对上述问题,本文提出一种基于跨临界CO_(2)技术的热泵空调热管理一体化系统,利用多种控制算法,实现整车级别内乘员舱与质子交换膜氢燃料电池的综合热管理方案,应用AMESim系统建模仿真平台进行模型搭建,并综合分析仿真结果。结果表明:该新型热管理系统可保证在任意行驶条件下,乘员舱和电池模块快速达到理想温度并保持稳定,且在全工况范围内具有更佳的能量利用效率,相比于传统独立热管理系统更加高效节能。

面向短时/断续工作制的电机系统固–液相变热管理技术及应用发展

固–液相变现象表现出的潜热特性可有效平抑瞬时温升,将其应用于航天航空、奔越式机器人、新能源汽车、数控机床等电机热管理系统,可有效提高短时工作制或断续周期性工作制(S2—S8)下运行的伺服电驱动系统的瞬态性能。为了总结归纳固–液相变材料的电机系统热管理技术及其应用现状,该文针对固–液相变材料特性、系统数值计算与仿真模拟、样机实验测试方法、相变热管理系统结构等4个方面开展调研,并提出亟待解决的关键技术问题。研究发现:目前阶段石蜡和低温熔盐是适合电机系统的最佳相变介质,但仍存在导热系数较低的问题,需通过改性强化解决;通过机壳灌注相变材料,可有效实现温升平抑,但尚缺乏有针对性的热路拓扑设计;采用焓–多孔方法是模拟相变过程的理想手段,但糊状区参数的取值缺乏理论指导;最后,固–液相变过程的测试中侵入式传感器易对电磁、热、流场的自然演变过程产生干扰。

基于CO_(2)混合工质动力循环的塔式太阳能热发电系统四季性能分析

为高效转换塔式太阳能系统的聚光热量,将混合工质(CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R601a)应用于再压缩动力循环,建立塔式太阳能热发电系统的热力模型,并基于典型日(春分、夏至、秋分、冬至)的辐照条件对系统热力性能进行分析比较。结果表明:在混合工质不可燃的质量分数范围内,随着CO_(2)质量分数的增加,3种混合工质的系统热效率、效率和发电量均先升高后降低,最优质量分数分别为0.7/0.3、0.8/0.2和0.8/0.2。在3种混合工质中,CO_(2)/R290(0.7/0.3)的系统性能最佳,春分的系统热效率为18.99%,发电量为17.1 MWh。在不同典型日下,夏至系统热效率和效率略低于冬至,但其发电量最高。基于3种混合工质探究透平进口温度、循环最低温度、高温熔盐温度和分流比对系统性能的影响,结果表明,系统存在最佳分流比使热效率和发电量最高,相应分流比的范围为0.70~0.75。

纯电动车用CO_(2)空调整车热管理系统仿真研究

针对某款商务车型设计了一套用CO_(2)热泵空调的整车热管理系统。通过一维CFD仿真软件Flowmaster对整车热管理系统进行建模并在NEDC工况下进行仿真分析,将CO_(2)空调与传统制冷剂R134a以及PTC电加热进行性能对比。结果表明:在夏季仿真过程中电机温度保持在90℃以下,电池组温度在40℃以内,乘客舱温度在开启空调的170 s后达到设定值,随后一直稳定在25℃;冬季仿真过程中,乘客舱温度在空调开启后147 s达到设定的25℃。冬夏季仿真均符合设计要求。

船用CO_(2)灭火系统的操作及管理维护

文章介绍了船用CO_(2)灭火系统的组成,CO_(2)实施灭火的工作原理及该系统灭火的操作方法,提出了系统的检查要求及维护保养等注意事项,旨在能够引起船舶相关人员的高度重视,并切实做好有关船舶消防的安全工作,从而保障船员生命与船舶营运的安全。

屋顶光伏—土壤源热泵系统在不同气候区分娩猪舍的应用

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤源热泵系统(building attached photovoltaic-ground-coupled heat pump systems,BAPV-GCHPs)保障某分娩猪舍的冷/热需求,并选择绥化、青岛和重庆分别作为严寒、寒冷和夏热冬冷地区3类典型气候区代表城市,对比了该系统在3类气候区的运行特性,分析了BAPV系统对GCHPs运行性能及综合效益的影响。研究结果表明,3个地区BAPV发电量由大到小依次为:青岛、绥化、重庆;GCHPs耗电量由大到小依次为:绥化、青岛、重庆;绥化、青岛、重庆3个地区的年太阳能分数分别为0.62、0.71、0.53;BAPV系统的加入明显提高了GCHPs的性能系数、一次能源利用率和CO_(2)减排量;3个地区BAPV-GCHPs相对于GCHPs年性能系数分别提高了64.2%、97.6%和39.6%;一次能源利用率分别提升了1.6倍、2.4倍和1.1倍。与GCHPs相比,BAPV-GCHPs可分别减少5.82、6.45和2.17 t CO_(2)排放量。研究结果为该系统在中国不同气候区分娩猪舍的推广应用提供了一定参考。

纯电动汽车CO_(2)热泵模块与热管理系统方案设计

随着环境和能源问题的加剧,纯电动汽车作为无污染、安全可靠的交通工具渐渐进入汽车市场。由于燃油汽车的空调系统不适配,且面临传统制冷剂淘汰的风险,因此文章综合考虑功能、性能、可靠性等因素设计了1套CO_(2)热泵模块与热管理系统,该系统特点在于通过载冷剂回路来实现冷热量传递,并增加余热回收功能以降低热泵模块耗电量。

不同烟气CO_(2)含量下近等温相变捕集工艺调节策略模拟分析

CO_(2)相变捕集工艺具有较低的再生能耗,但在实际生产中,上游工艺产生的烟气中CO_(2)含量(物质的量分数,下同)不稳定,可导致工艺的整体能耗发生变化,因此需研究不同烟气CO_(2)含量下该工艺参数的调节策略。通过Python语言调用AspenPlus对近等温CO_(2)相变捕集工艺进行了模拟计算,分析了不同CO_(2)含量下吸收塔温度(ta)、解吸塔温度(td)、液/气比(v)、胺浓度(c)、解吸液循环比(s)对再生能耗和CO_(2)捕集率的影响以及相应的调节策略。结果表明,td对CO_(2)捕集率的影响最显著,当CO_(2)含量为5.00%时,其相关性系数最高(74.78%);ta对再生能耗的影响最显著,当CO_(2)含量为20.00%时,其相关性系数最高(-55.26%)。在维持CO_(2)捕集率大于等于90.00%的条件下,随着CO_(2)含量从5.00%升高至20.00%,再生能耗从2.35GJ/t降低至2.13GJ/t。此外,应根据CO_(2)含量对ta、td、c和v进行相应调节,以确保CO_(2)捕集率大于等于90.00%并且再生能耗最低。

-30至50℃车辆工况下CO_(2)喷射器的适应性研究

为推动喷射器回收膨胀功技术的实车应用,本文开展了-30~50℃宽温区运行工况下车用压缩-引射式CO_(2)热泵系统制冷制热性能及喷射器膨胀功回收特性研究,重点分析了工作喷嘴对固定尺寸喷射器变工况适应性的影响。结果表明:制冷工况下随着环境温度升高,喷射系数递减,而升压比递增;制热工况下随着环境温度降低,喷射系数和升压比均先增大后减小;制冷工况下喷射器回收膨胀功占最大可回收膨胀功的16.7%~37.2%,制热工况下为9.9%~41.3%;以高温制冷工况设计的固定尺寸喷射器难以适应低温制热工况,偏离设计工况时,喷嘴出口过膨胀会造成激波能量损失,而低温制热工况下喷嘴出口因欠膨胀会导致喷射器无引射效果。

新能源汽车CO_(2)热泵空调系统仿真研究

设计了新能源汽车CO_(2)热泵空调系统,基于KULI仿真建立CO_(2)热泵模块与热管理系统的整车模型。研究制冷剂充注量、运行时间、压缩机转速对热泵空调系统的影响,并与PTC供暖系统和不带余热回收的CO_(2)热泵空调系统进行了能耗对比。结果表明,适用于全工况运行的最佳充注量为750 g;增加压缩机转速可以提高制冷量,使得乘客舱和电池入口载冷剂温度快速达到合适温度,但COPh、COPc分别降低2.5%和1.8%。通过与PTC供暖和不带余热回收的CO_(2)热泵空调系统对比,发现本系统的能耗仅为PTC供暖系统的42.5%,不带余热回收二氧化碳热泵空调系统的86.6%,极大地节约了能源,还增加余热回收功能,使得系统送风温度提升26%,提高乘客舱舒适性,为未来CO_(2)热泵空调与热管理系统实验研究提供参考。

上海某学生公寓CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统运行效果评估

我国CO_(2)排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,建筑电气化和可再生能源利用是建筑碳中和的主要路径。以上海某学生公寓为案例,分析CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统实际运行效果。结果显示,本热水系统与电热热水器系统相比,年节电量为75.2万kWh,节电率为90.1%,节碳量为592.6 tCO_(2)。与燃气热水器系统进行比较时,年节电量为56.5万kWh,节电率为87.3%,节碳量为445.2 tCO_(2)。CO_(2)热泵-太阳能互补热水系统节能效果可观,可在有热水需求的项目中推广应用,有助于碳达峰和碳中和目标实现。

带热回收的室内冰场CO_(2)制冷系统设计与分析

室内冰场的主要能源需求为制冷和用热,若制冷系统能同时满足冷热两方面需求,可大幅提高运行效率。本文以天津地区某1800 m^(2)冰球场为研究对象,对带热回收的室内冰场CO_(2)制冷系统进行分析,提出了系统实际运行时全年综合利用系数ACOP_(hc),并基于冰球场实际用热需求对4种充分利用余热的热回收系统进行对比。结果表明:加入热回收的CO_(2)制冷系统运行更平稳,压缩机排气直接与用热设备进行热量交换的冰场双级压缩制冷系统ACOP_(hc)最大,为6.77,冬季运行时,其综合利用系数COP_(hc)可达7.38。

纯电动汽车CO_(2)热泵空调及整车热管理概述

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,交通运输业电气化的目标进一步加快。其中电动汽车现在面临着由于低温采暖而造成的续航里程衰减严重和制冷剂选择等难题。本文通过总结相关文献,综述了提高电动汽车续航里程的CO_(2)热泵空调技术和电动汽车整车热管理系统。在制冷剂选择上,分析了R134a、R1234yf、R290、CO_(2)4种新型制冷剂的优缺点;在CO_(2)循环系统中,介绍了基本跨临界CO_(2)循环系统的特点,重点阐述了对基本跨临界CO_(2)循环系统的优化,其中包含带回热器的跨临界CO_(2)循环系统及使用补气增焓技术的跨临界CO_(2)循环系统;对于热泵空调在电动汽车上的应用,分析了直接热泵的三换热器系统和二次回路系统的工作模式和各自的特点;对于CO_(2)热泵空调在整车热管理上,介绍了电动汽车乘员舱、动力电池和驱动电机热管理的需求,展示了直冷直热系统和二次回路系统的优缺点;最后总结指出CO_(2)热泵空调系统将有效解决电动汽车冬季续航里程衰减严重的问题且能在整车热管理上发挥巨大作用,同时仍亟需在高温工况制冷、耐压、密封、控制和集成等问题上进一步探索。

跨临界CO_(2)空气源热泵系统运行性能研究

搭建一套跨临界CO_(2)空气源热泵系统,研究在不同压缩机运行频率以及排气压力下循环系统的热力性能,通过实验对比分析频率和排气压力对吸气压力、等熵效率、压缩机功耗、排气温度、CO_(2)质量流量、系统制热量以及制热性能系数COP的影响。结果表明:排气压力不变时,只有吸气压力随着频率的上升而下降,排气温度、CO_(2)质量流量、系统制热量和压缩机功耗都随之增加。系统COP随着排气压力的增加先上升再下降,随着压缩机频率升高,系统COP减小,最优排气压力升高,在最优排气压力下,系统的COP达到峰值。当压缩机运行频率为80 Hz,排气压力为8.4 MPa时,此时最优等熵效率约为0.9,系统COP达到峰值为3.64。

基于引射器的双温蒸发CO_(2)热泵系统性能分析

采用高效的热泵系统替代常规锅炉是实现“双碳”目标的有效措施。本文提出采用引射器实现双温蒸发的CO_(2)热泵系统,以实现余热梯级利用和高效制热。通过窄点分析法,建立了基本CO_(2)系统、CO_(2)引射器系统、双温蒸发CO_(2)引射系统的热力学模型,发现双温蒸发系统存在最优排气压力及最大COP。基于最优工况进行分析,结果表明:在热泵热水器名义工况下,双蒸发器系统COP最高达4.84,比基本CO_(2)热泵系统提高了9.88%。双温蒸发过程可显著降低吸热过程中的换热不可逆损失,双温蒸发系统蒸发器侧的不可逆性能指数为1.51,比基本CO_(2)和带有引射器的常规CO_(2)系统降低了24.50%。

CO_(2)热泵耦合燃气锅炉供暖系统研究

烟气余热回收技术是提高燃气锅炉供暖效率的关键技术之一。针对供暖回水温度高于烟气露点温度,传统烟气余热回收技术烟气余热回收能力受限的问题,提出烟气源/水源CO_(2)热泵回收燃气锅炉烟气余热方案,分析了各方案的系统效率和天然气消耗量,以及CO_(2)热泵制热系数对系统效率和燃料节约率的影响规律。研究结果表明:烟气源CO_(2)热泵余热回收供暖系统方案可提升系统效率12.54百分点以上,比水源CO_(2)热泵余热回收方案高约0.50百分点,年可节约天然气用量13.87%~17.88%;CO_(2)热泵制热系数较小时有利于提高燃气节约量。