自复叠制冷技术研究进展

自复叠制冷技术在低温领域的应用十分广泛。本文首先介绍了自复叠制冷技术的原理,并与单级压缩、多级压缩及复叠制冷技术进行比较,指出了自复叠制冷技术具有结构简单、制冷温区宽的优势。从自复叠制冷系统的循环特性、混合工质的选择和配比优化、系统流程优化三方面,对当前自复叠制冷技术的研究进行分析总结。最后,展望该技术的发展前景,为拓宽该技术的应用提供参考。

串联双级蒸发有机朗肯循环系统的多目标优化及工质优选

为了探究串联双级蒸发有机朗肯循环系统在特定工况下的最佳混合工质,选取了3组不同特性的混合工质,即R21/R113、R1234ze/R141b和R227ea/R245fa,引入热力学性能指标、经济指标和环境指标,利用非支配排序遗传算法进行多目标优化.通过求解Pareto边界,采用3种决策方法对每组工质流体进行最优解的选择,根据偏移量选取最优决策方法.结果表明:在热源温度为150℃、冷源温度为15℃的工况下,混合工质R1234ze/R141b最优解的[火用]效率相对较高,平准化度电成本(levelized cost of energy, LCOE)和当量二氧化碳排放量(equivalent carbon emission, ECE)相对也较低,热源温度也适配,为该工况下较为合适的混合工质.

水下平台CO_(2)基混合工质闭式循环温度适应性分析

超临界CO_(2)布雷顿循环系统是水下平台动力技术的重要发展方向,但由于深海低温较远离CO_(2)临界温度,致使循环系统存在温度适应性问题。文中提出了利用CO_(2)基混合工质改善循环温度适应性并进一步优化循环性能的方案,建立了简单回热循环热力学模型,分析了CO_(2)基混合工质临界参数随加入气体种类和质量分数的变化规律,阐明了压缩机入口状态参数对CO_(2)基混合工质闭式循环热力学性能的影响规律,探讨了混合工质拟临界点位置对回热器夹点和热惯性等的影响。结果表明:低临界参数混合工质循环可进一步扩大循环温度范围和压比,以改善循环热力学性能,但仅扩大温度范围而降低压比可能会对其造成不利影响;综合考虑循环热效率、比功、回热器内部夹点及热惯性,CO_(2)+Xe(CO_(2)/Xe:0.5/0.5)-跨临界朗肯循环、CO_(2)+SF_(6)(CO_(2)/SF_(6):0.9/0.1)-跨临界液体布雷顿循环以及CO_(2)+SF_(6)(CO_(2)/SF_(6):0.5/0.5)-跨临界朗肯循环较超临界CO_(2)布雷顿循环热效率最大可提高3.79%,比功最大可提升31.6%,回热器夹点位于冷端并未加剧其热惯性,不会减缓系统响应速度。

液化天然气冷能回收系统的设计与优化分析

液化天然气(LNG)在气化过程中释放的冷能通常未被有效利用。提出了制冷与发电相结合的LNG冷能回收系统,可以有效地回收LNG冷能。该系统的结构包括两级有机朗肯循环(ORC)、空调(AC)和直接膨胀循环(DEC)。利用HYSYS软件,对系统性能进行了模拟分析,采用遗传算法(GA)对系统中四元混合工质(甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷)配比、蒸发压力、冷凝压力和一级膨胀压力进行了优化,随后对优化方案进行了经济性评价。结果表明,两级ORC最佳的四元混合工质配比(质量分数)前级为28.9%、57.3%、5.5%和8.3%,后级为0.4%、20.3%、56.4%和22.9%。优化方案中,系统的净输出功率可达218.28 kW,LNG冷能利用率、热效率和㶲效率分别为54.69%、20.89%和41.18%。系统具有良好的经济可行性,经济收益可达160.30×10^(4) CNY,设备的总投资成本为1215.91×10^(4) CNY,平均能源成本为0.63 CNY/(kW·h),预计7.59 a内可收回投资成本。

超导直流能源管道的混合工质温区温度测量研究

为满足超导直流能源管道精准的测温需求,保证超导电力和液化天然气混合输运的目标,设计了一种低温工况平台,在混合工质温区(85~90 K)对光纤光栅传感器进行温度传感特性研究,通过PT100铂电阻对光纤光栅进行准确的温度标定,所测温度最大值偏差小于0.1 K。搭建了10 m超导能源管道样机,实测在不同通流情况下,PT100铂电阻测温波动较大,而光纤光栅测温不受影响。在突然升温过程中,PT100铂电阻测温平均响应时间为2.43 s,光纤光栅传感器测温响应时间为0.47 s。

汽轮机湿气损失抑制方法研究

低参数汽轮机在余热回收中有着广泛的应用,为降低汽轮机中的湿气损失,提高运行效率,本文提出了一种添加不凝气体(以氢气为例)的湿气损失抑制方法,并提出了湿气损失定量评估修正模型,同时通过建立hydrogen-steam混合工质凝结流动模型,分析不同氢气组分比对凝结流动特性的影响规律,探明不凝气体对湿气损失的抑制机理。结果表明:不凝气体会改变透平做功过程中凝结激波的形态,使流体域压力和温度发生激变,影响成核及液滴生长过程。当混合工质气中氢质量分数组分比为50%时,流体域内成核区长度减小13.34%,湿气损失降低48.02%,湿气损失系数降低43.4%。这表明氢气可以通过控制非平衡凝结过程有效降低汽轮机湿气损失。

混合工质中低温热力循环特性研究

本文从热力学第二定律角度出发，对氨水混合工质中低温动力循环进行了分析。通过与简单蒸汽循环的比较，揭示了混合工质热力循环的特性及本质，指出工质蒸发换热过程的匹配及冷凝过程是混合工质循环高效的关键。为了改善冷凝过程，可采用分馏冷凝系统取代传统的冷凝方式。同时，本文还探讨了一些基本规律。

基于多目标函数的亚临界有机朗肯循环的参数优化和性能分析

以系统净输出功率Wnet、热源流体进出口降ΔEg、系统总不可逆损失I和系统总投资成本C2013构建多目标优化模型,采用线性加权评价函数法对该模型进行求解,以R600a、R245fa、R601a、Pentane 4种纯工质以及R600a/R601a、R245fa/R601a、R245fa/Pentane和R600a/R245fa 4种非共沸混合工质为例,对亚临界有机朗肯循环(ORC)的蒸发温度Te和冷凝温度Tc进行优化。研究结果表明:采用单目标有时得不到最优值,而采用多目标均能得到最优值,且多目标优化可以较好地协调各性能指标间的关系,使所要求的各项指标均能达到较优,因此多目标优化比单目标优化更加合理;存在最优蒸发温度Te,opt和最优冷凝温度Tc,opt使多目标函数F(X)最小,同时,Te,opt、Tc,opt随工质不同而不同;在Te,opt或Tc,opt下,对比纯工质和混合工质的不同单目标函数值和F(X)值时,混合工质并不总是优于纯工质。

利用LNG冷能的混合工质中低温热力循环开拓研究

为提高中低温余热回收动力系统性能,本文在常规混合工质热力循环（火用）分析基础上,提出了结合LNG冷能利用的新型混合工质热力循环。通过与LNG的有机结合,混合工质热力循环热效率提高14.5个百分点,（火用）效率达到53.6％。为进一步揭示效率提高的原因,我们比较了常规混合工质热力循环与LNG-混合工质热力循环的（火用）损失变化情况。结果表明:LNG-混合工质热力循环高效的关键在于循环平均放热温度的降低以及工质蒸发过程与冷凝过程换热的合理匹配。而LNG冷能的梯级利用则是系统具有较高（火用）效率的根本原因。

新型中低温混合工质联合循环

为了更加有效地回收利用中低温余热,该文提出了一个由动力循环和吸收式制冷循环有机结合而成的新型混合工质联合循环。吸收式制冷循环能够利用蒸汽透平排气的低品位余热制冷,并将冷能用于动力系统的冷凝过程,从而降低蒸汽透平的排气压力和循环的平均放热温度,提高了系统的热效率。与常规混合工质动力循环相比,新循环的透平排气压力由0.44 MPa降为0.17 MPa,循环平均放热温度由79.2℃降低为39.9℃,系统热效率由10.3％提高到13.4％,系统(火用)效率由40.8％提高到53.3％。该新型循环开拓了有效利用中低温余热利用的新途径。

双级热泵系统的理论分析与实验研究

在理论分析的基础上设计和建立了双级热泵实验台 ,进行了双效热泵系统的实验研究 ,并对实验结果进行了分析。实验结果表明 ,双级热泵系统的实际效能良好 。

混合工质配比对自动复叠制冷循环影响的试验研究

搭建了自动复叠制冷循环的试验装置,在该系统中低沸点组分选用R23,高沸点组分选用R134a。通过改变系统中混合工质的配比,在其它条件不变的情况下进行了优化试验,试验结果表明混合工质中各组分百分含量对制冷系统的蒸发压力、冷凝压力、冷柜的最低中心温度等有较大的影响,其中R23的百分含量在40%左右时,该制冷系统性能达到最佳。

甲醇、丙酮及其二元混合工质脉动热管的启动特性

以甲醇、丙酮以及二者体积比1∶1混合组成的甲醇/丙酮混合液为工质,对脉动热管在不同加热功率和充液率下的启动特性进行了实验研究,结果表明:在低加热功率下时,甲醇/丙酮混合工质的启动时间比丙酮长,比甲醇短,适当增加启动功率可以明显缩短脉动热管的启动时间,但是对丙酮及混合工质的启动温升影响不大;在60W高加热功率下时,3种工质的启动方式均为温度突变型,其中混合工质的启动时间最短,并且增加启动功率可以明显地提高混合工质脉动热管的启动温升;充液率对脉动热管的启动方式影响较为明显,丙酮和混合工质的启动温升均随着充液率的增加而逐渐减少,在中低充液率(≤50%)下,二者属于温度突变型启动,而在80%高充液率下,其启动方式变为温度平稳过渡型启动。

用于能量回收的有机朗肯循环混合工质研究

近年来随着低温余热的利用越来越受到重视,将LNG冷能和低温余热联合应用的有机朗肯循环研究也受到了广泛的关注,其中循环工质的选择更是提高系统热力性能的关键。针对循环工质选择的问题,将R236ea、R245fa以及两者按不同质量分数配比得到的9种混合工质作为亚临界ORC工质,结合窄点分析方法计算了系统在2种最佳设计工况下的热力学性能及热经济性。结果表明:混合工质R236ea/R245fa(0.9/0.1)和R236ea/R245fa(0.8/0.2)分别是以最佳热和冷回收效率为设计工况标准时的最佳循环工质;2种工况下,混合工质的热经济性均优于纯工质;在混合工质中提高R236ea的比例可以有效降低换热面积,提高系统经济性。为日后将低温余热和LNG冷能联合应用的有机朗肯循环二元混合工质选择提供一定的参考。

混粉大面积电火花加工机理的分析

根据电火花加工原理和特点，分析了传统大面积电火花加工很难获得良好粗糙度的原因，同时探讨了混粉电火花加工改善大面积加工表面粗糙度的原因。

超临界H_2O/CO_2混合工质透平初凝区酸腐蚀过程分析

重点从CO_2对初凝液滴pH值的影响入手对超临界H_2O/CO_2混合工质透平初凝区腐蚀过程进行了分析,给出了H_2O/CO_2混合工质pH值的精确计算方法。并以NH_3作为碱化剂,对初凝液滴的pH值进行调节,进一步分析CO_2对初凝区的酸腐蚀过程。研究结果发现,NH_3在一定浓度范围内可以有效改善初凝区的pH值,但由于其分配系数较大,当CO_2超过一定浓度时,将不再适用,建议采用分配系数更小的碱化剂进行pH值的调节。

应用混合工质制冷技术的环模设备

在-80℃的热真空环境模拟试验采用混合工质制冷的环模设备能克服液氮制冷的不足。文章提出了环模设备混合工质制冷系统的方案,介绍了混合工质制冷技术的流程、性能,提供了采用混合工质制冷的部组件的环模设备的调试结果。结果表明该设备各系统运行稳定、可靠,满足热真空试验要求。

混合工质在地热热泵系统中的实验研究

针对以 40～ 45℃地热尾水为低温热源的热泵系统 ,作了大量的实验研究。首先 ,在该系统中采用了循环性能较好的低环害混合工质 ,以达到实际运行和环保要求 ;其次 ,根据不同的冷凝器水流量和进口水温 ,总结得出了大量稳定工况实际样本 ,绘制了不同流量和水温下的COP值曲面 。

四元混合工质一次节流制冷实验研究

研究了四元混合工质对一次节流系统制冷性能的影响。从安全性和环境友好两个角度出发,选择了两种不同的四元混合工质作为研究对象,分别记为MR 1和MR 2;通过遗传算法对两种研究对象的最佳摩尔浓度进行了优化;在同等工况的实验系统里对两种研究对象进行了对比研究。通过比较混合工质的节流效应、系统中压缩机的运行参数及箱内温度等方面,从而探究两种系统的制冷性能。实验结果表明,相对于MR 1制冷系统,MR 2制冷系统制冷量更大,降温范围更宽,COP更高。

超临界水煤气化工艺发电气轮机排气压力分析

为确定超临界水煤气化工艺热力发电系统中的混合工质(H2O+CO2)气轮机排气压力,本文进行了水蒸汽和混合工质在凝汽器内部流动阻力的分析,研究了混合工质的凝结过程,定量分析了最佳排气压力的影响因素,为混合工质气轮机排气压力取值提供参考。结果表明:混合工质在凝汽器内气阻很小,为定压降温凝结。凝汽器内所建立的真空不仅与环境温度、凝汽器端差有关,还取决于蒸汽凝结率。环境温度、凝汽器出口端差和凝结率一定时,凝汽器内存在最低工作压力。所研究工况范围内,其他参数不变,蒸汽凝结率提高3%,最佳排气压力增加180%,系统净功率减小56%,系统效率降低3.3个百分点;环境温度提高10℃,最佳排气压力增大79.6%,净增功率减小23%,效率降低了2.8个百分点。