努森压缩制冷系统的设计及性能分析

分别以氨、水、R290和R600a为工质设计了努森压缩制冷系统。系统结构尺寸受工质的分子直径和宏观物性影响,其中依靠微尺度热流逸效应工作的努森压缩机设计成由两个功能组组成并采用多级串联形式。根据努森压缩制冷系统的微观与宏观工作机制和系统构建方式建立了性能分析模型。努森压缩制冷系统的运行特性类似于压缩机转速可调的常规蒸气压缩制冷系统,其COP随室内温度升高(或环境温度降低)而增大、制冷量随室内温度升高(或环境温度降低)而减小。综合考虑系统结构、性能、成本等因素,水为工质的努森压缩制冷系统明显优于其它3种工质系统。若按一次能源效率计算,努森压缩制冷的COP与常规蒸气压缩制冷的相差不大,加之其具有可直接利用太阳能和余(废)热资源、且没有运动部件等优点,努森压缩制冷是一种具有发展前景和竞争力的新型制冷方式。

努森压缩机的研究进展

努森压缩机是一种以微/纳尺度下的热流逸效应为工作原理的元器件,仅由一组微通道和一个连接通道组成,其结构简单、无运动部件、可利用低品位热能。讨论了努森压缩机的结构特点,总结了近期国内外关于努森压缩机的升压能力、流量、效率等方面的研究概况与进展。对现有的几种努森压缩机微通道材料进行了对比分析,并概览了目前努森压缩机的一些实际及潜在的应用领域。最后,根据努森压缩机的特点以及现有研究的不足,探讨了未来努森压缩机的研发趋势。

过渡流区内努森压缩机的微纳流动升压特性

为解决努森压缩机过渡流区中理论与实际不相匹配的问题,通过实验探究了小温差对努森压缩机升压性能的影响,再运用格子玻尔兹曼方法建立过渡流区努森压缩机模型,分析了冷热腔温差和不同气体工质对努森压缩机升压及流动性能影响。结果表明,温差从10 K升至50 K,空气热流逸流与泊肃叶流速度均增加,温差每升高10 K,热流逸流速率增长比泊肃叶流分别高2%、6%、10%、14%,同时努森压缩机压力比分别增加4.39%、8.82%、13.30%、17.81%、22.38%。相同温差下,Ar、N_(2)、O_(2)、He、H_(2)的压力同空气相比分别增长了6.5%、6.6%、6.8%、7.2%、8%。分子直径越小,气体稀薄性越强,热流逸效应越高,导致压升逐步增加,因此选取直径小的气体分子更有助于提升努森压缩机的流动和升压特性。

努森压缩机粗糙微通道流动及增压性能研究

建立了不同粗糙壁面微通道努森压缩机模型.采用滑移边界的数值方法,从流动机理出发研究了粗糙形状、粗糙元周期和粗糙元高度对微通道流动及增压性能的影响.研究表明:影响正弦、矩形、随机壁面热流逸流的因素分别为沿正弦壁面路径单位长度的温差梯度、凹陷处和交界面的低速涡旋、沿随机壁面路径单位长度的温差梯度.正弦和矩形壁面微通道的热流逸流和增压性能随粗糙元周期增加而增大,随粗糙元高度增加而减小.相同粗糙元周期或高度下,正弦壁面抵抗增压性能下降的能力比矩形壁面更强.

Numerical Simulations of Rarefied Gases in Curved Channels: Thermal Creep, Circulating Flow, and Pumping Effect

We present numerical simulations of a new system of micro-pump based on the thermal creep effect described by the kinetic theory of gases.This device is made of a simple smooth and curved channel with a periodic temperature distribution.Using the Boltzmann-BGK model as the governing equation for the gas flow,we develop a numerical method based on a deterministic finite volume scheme,implicit in time,with an implicit treatment of the boundary conditions.This method is comparatively less sensitive to the slow flow velocity than the usual Direct Simulation Monte Carlo method in case of long devices,and turns out to be accurate enough to compute macroscopic quantities like the pressure field in the channel.Our simulations show the ability of the device to produce a one-way flow that has a pumping effect.