低温储粮太阳能吸附式制冷系统研究

低温储粮是一种具有广阔应用前景及实用价值的科学储粮方法。从降低低温储粮能耗的角度出发，设计与建造了一种用于低温储粮的太阳能吸附式制冷系统。该系统主要由太阳能热水子系统、吸附式制冷机、冷却塔及风机盘管单元构成。在中央贮备粮某直属库对该系统进行了实验运行，测试分析了其热性能。实验结果表明：系统的太阳能制冷系数约为0．1～0．13，电制冷系数约为2．0～2．77。与传统的谷物冷却机相比，该太阳能吸附式制冷系统具有较大的节能优势。

基于斯特林制冷机的氦气氛高低温箱深冷试验研究

为了模拟航天产品试验所需极端温度环境和测试航天产品在较大升降温速率条件下的耐受能力,研制了区别于传统热真空罐的氦气氛高低温试验箱,其净空间尺寸为2m×2.2m,可以通过强制对流与辐射换热相结合的方式提高升降温速率.同时,以液氮和四缸两级斯特林制冷机为双冷源,对高低温箱的降温性能进行测试,考察了高低温箱内空间的降温极限以及达到多个目标温度的降温速率等.结果表明,在液氮与斯特林制冷机共同作用的条件下,通过氦气的强制对流、再将氦气抽除的技术手段,可使热沉温度降至-210℃以下.

上海地区空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的供暖空调系统性能的实验研究

为解决夏热冬冷地区冬季供暖问题,本文设计了空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的分布式空调系统。实验研究表明:在冬季典型工况下采用35℃左右的热水供暖,系统制热性能系数(COP)可达3.0;在夏季典型工况下采用10℃左右的冷水制冷,系统制冷COP也在3.0以上。结果表明通过使用小温差换热末端降低了机组设定出水温度,改善了机组的运行工况,提升系统的能效比。系统解决了目前空气源热泵在冬季低温工况下供暖能效低、舒适性差等问题,为解决我国南方冬季供暖问题提供了可行方案。

上海闵行地区室内外可吸入颗粒物研究

可吸入颗粒物对人体健康有严重影响,本文对上海交通大学闵行校区内的PM10和PM2.5进行了监测和分析,结果表明PM10和PM2.5的污染是严重的,而且PM2.5的污染要比PM10的污染程度严重。PM10的超标倍数可达国家标准的2.4倍,PM2.5的超标倍数可达国家标准的5.6倍,PM2.5的浓度对PM10的浓度有线性影响作用。

热容和热阻法抑制低温制冷机冷头温度波动实验研究

为了满足基于低温制冷机的干式低温恒温器温度稳定性需求,本文采用基于氦气的热容法和基于不锈钢叠片的热阻法,研究了4~20 K温区其对二级G-M低温制冷机冷头温度波动的抑制效果。实验结果表明:在4.2 K温区热容模块充注9 mL液氦可将冷头温度波动减小75%左右;但随着恒温器控温点的升高,难以保持高效的控温稳定性和波动抑制效果;相比热容法,热阻法可有效地将与冷头相连的恒温块温度波动降低一个数量级;对比分析不同厚度热阻片的作用效果,发现采用厚度超过0.5 mm以上的不锈钢热阻片可使恒温块的温度波动抑制在10 mK以内。

低温制冷热点研究

1会议基本情况 第5届国际低温制冷会议（The5thInternational Conferenceon Cryogenicsand RefrigerationICCR2013）于2013年4月6-9日在浙江大学紫金港校区举行。会议由浙江大学主办，上海交通大学、中国制冷学会和国际制冷学会协办，浙江大学邱利民教授和上海交通大学王如竹教授担任会议主席。

低温真空泵用紧凑型两级G-M制冷机实验研究

文章详细描述了针对低温真空泵用的紧凑型两级G-M制冷机的实验系统和测试方法;试验测试了不同的蓄冷材料,尤其是磁性蓄冷材料来提高制冷机性能;在一种结构十分紧凑的两级G-M制冷机上,在12K获得了4W的制冷量,最低制冷温度为7.3K。文中还对该制冷机在没有吸附装置的情况下做了对比实验研究,有利于扩展G-M制冷机的用途。

带回热器的CO_(2)列车热泵系统低温工况制热性能实验研究

本文研制了一套带回热器的CO_(2)列车热泵系统,并在标准焓差台中实验研究了不同工况参数对系统低温制热性能的影响,结果表明系统最优充注量7~8 kg,此时蒸发器出口过热度接近零。在环境温度为7℃时系统制热量及性能系数(COP)分别达到31.1 kW和2.59。环境温度是影响系统性能的关键因素,当环境温度从7℃下降到-18℃,系统制热量和COP分别下降了66.1%和43%。最优高压是CO_(2)跨临界循环的热点研究问题,也是影响其性能的重要参数之一。本文根据试验结果拟合出了适用于列车的CO_(2)热泵系统最优高压关联式,为列车CO_(2)热泵系统的实际应用提供指导。

基于模糊PID的低温环境试验系统控制特性研究

将模糊控制和增量式PID控制相结合,针对双调节阀协同工作的液氮蒸发制冷低温环境模拟试验系统,设计了一种模糊PID温度控制策略。通过开展预试验与系统辨识,确定了被控对象的状态空间模型,并在此基础上对试验系统的温度控制特性进行仿真研究。结果表明,和传统PID控制相比,模糊PID控制调节迅速、控制精度高。在此基础上,基于某实际试验系统开展了温度控制试验。试验和仿真结果证明,模糊PID方法在大型低温环境模拟试验系统温度控制中具有良好的精度和稳定性,该控制方法易于应用于同类试验系统,对相关应用中温度控制策略的设计具有指导意义。

上海地区复合式太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统的模拟研究

本文以上海地区复合式太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统为研究对象,在蓄热模式和供热模式这两种运行模式下,利用TRNSYS软件建立系统模型,研究该系统在一个完整的蓄热季和供热季下,土壤温变特性、系统能量损失和系统热效率随时间的变化规律。结果表明:上海地区复合式太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统在蓄热季可实现土壤蓄热温度45.7℃,蓄热季土壤蓄热率为42.70%,蓄热效果良好。同时在供热季实现高效的热量供给,供热季太阳能保证率为0.3。系统全年性能系数(Coefficient of Performance,COP)为3.76,具有良好的节能效果。

低温真空泵用紧凑型两级G-M制冷机实验研究

详细描述了针对低温真空泵用的紧凑型两级G-M制冷机的实验系统和测试方法,试验测试了不同的蓄冷材料,尤其是磁性蓄冷材料来提高制冷机性能,在一种结构十分紧凑的两级G-M制冷机上在12K获得了4W的制冷量,最低制冷温度为7.3K。还对该制冷机在没有吸附装置的情况做了对比实验研究,有利于扩展G-M制冷机的用途。

基于制冷机的稳态与动态低温温度计标定研究

本文基于两级G-M制冷机搭建了高精度控温低温温度计标定系统,最低温度可至3.2 K。为降低制冷机冷头温度波动对等温载体的干扰并提升稳态标定温区上限,在冷头与等温铜块之间插入多层不锈钢片制造传热热阻,实现了4 K^150 K稳态标定温区内等温载体±1 m K以内的温度波动。以温度偏移量小见长的渗碳陶瓷温度计为例进行标定,对比了4 K^90 K稳态标定与动态标定的精度,发现动态标定在60 K以下最大偏差为0.28 K,而稳态标定偏差仅0.05 K,总体上温度越低,偏差越大;60 K以上最大偏差为0.08 K。本文据此提出了4 K^60 K稳态标定与60 K以上动态标定相结合的温度计标定方法,实现了4 K^310 K全温区0.08 K以内的标定偏差。

热重力驱动的无泵有机朗肯循环系统的实验研究

为了研究分散式能源的高效利用方法,本文对热重力驱动的无泵有机朗肯循环(ORC)机组进行了实验研究。采用仿真与实验相结合的方法,研究了多级泵液过程的工作原理及其工作表现,搭建了一个两腔体带预热的实验机组,分析了不同工况下的系统表现。结果表明:泵液过程对膨胀机入口的压力影响不大,同时可以有效提升泵液的压力,实现增压流动过程,系统的平均发电功率为194.5 W,瞬时热效率在2.2%~3.8%之间波动,平均热效率和㶲效率为3.0%和11.8%。针对大型发电系统,考虑到大的罐体可以保证泵液过程的流速,同时双罐体并联可以实现连续的供液输出,采用单级泵液模式,双泵液腔体连续泵液,建立了大型的发电系统,发电功率在热源、冷源温度分别为98.3℃和21.5℃时,均值达到8.8 kW,平均热效率与㶲效率达到3.98%和20.95%。

液氧液甲烷同温共底贮存瞬态热力特性仿真研究

针对大面积冷屏保护下的液氧/液甲烷同温共底贮箱,建立了耦合真空多层绝热与主动制冷系统的瞬态传热模型,研究了液氧/液甲烷共底自增压与零蒸发贮存过程中贮箱外部绝热结构与内部气液相的热力参数变化规律,讨论了共底夹层采用不具有绝热能力的材料对液氧/液甲烷共底零蒸发贮存特性的影响。研究结果表明,在适当的冷量输入条件下,大面积冷屏方案可以实现外界漏热的有效阻挡;采用铝合金共底夹层有利于稳定液氧和液甲烷的共底贮存状态,使液氧/液甲烷在20 h内快速达到热平衡;在零蒸发贮存周期内,液氧/液甲烷共底贮存温度波动小于0.2 K,压力波动小于2.46 kPa且具有抗热扰动的能力。

用于温室降温的透明辐射薄膜研究

为了缓解夏季温室内高温导致的作物减产、绝产问题,本文给出了一种适用于夏季温室降温的辐射制冷薄膜。通过在常规近红外反射材料表面结合透明辐射层,可强化薄膜自身的天空辐射制冷效果。实验测试确定了该薄膜在不同波段的光学属性,其中光合有效辐射波段透射率为65.9%,近红外波段透射率为20.9%,中红外波段反射率为88.1%。利用温室环境模型对比不同材料覆盖下的温室气温与降温能耗。模拟结果表明:该薄膜可使上海地区密闭温室内部温度降低11.4℃,选择反射层与透明辐射层的降温贡献分别为6.8℃与4.6℃。使用该薄膜,可使主动降温温室的热泵能耗降低26.9%,节能增产效果显著。

冷水机组数字孪生模型及故障诊断研究

本文采用了基于数字孪生的冷水机组故障诊断方法,研究了冷水机组制冷剂泄漏、冷凝器水流量减少、蒸发器水流量减少故障的诊断策略,分析了物理建模、经验建模和数据驱动建模的联合建模方式生成数据的可靠性和对故障诊断的提升效果,并通过实验验证了所提出方法的可靠性。结果表明:数字孪生方法可以有效解决故障诊断模型在新工况点下诊断能力下降的问题,利用数字孪生方法后系统仿真模型的所有热力参数最大相对误差均不超过4%,且故障诊断模型的准确率、查全率、平衡F分数分别提升9.7%、29.4%和16.6%。

基于微通道低温精馏技术的丙烯/丙烷混合物分离CFD模拟

针对相对挥发度低、难以分离的混合物的低温精馏分离过程,建立了一套基于微通道精馏(MCD)的CFD模型并开展了深入的模拟研究。通过多物理场耦合,实现了对丙烯/丙烷两相流在微通道精馏设备内部相变传热和精馏传质过程的模拟。基于麦克斯韦-史蒂芬扩散模型,对不同温度、摩尔浓度条件下混合物的传质系数进行模拟计算。模拟结果显示经过3.8 mm的微通道精馏设备,可在170 kPa条件下对冷端235 K、热端239 K的液态丙烯/丙烷混合物进行高效分离,将产品丙烷的浓度由1%提升至2.1%。对模拟结果进行了优化分析,得到了结构、流场和温度对精馏传质效率的影响。研究成果对微通道低温精馏系统的精馏效率提高具有指导意义。

基于沸石-水为工质对的高功率吸附热池储冷研究

为了实现高能量密度/功率密度的储热/储冷,本文采用沸石13X-水为吸附工质对设计构建了一台基于低压吸附诱导水闪蒸的高功率吸附热池储冷样机,储冷阶段利用高温循环水驱动沸石13X脱附,供冷阶段利用沸石13X的低压吸附作用诱导水低温闪蒸实现冷量输出。实验结果表明:该系统在制冷前14 min内,制冷功率可保持在20kW及以上,最大制冷功率达23.45 kW,系统最大单位质量吸附剂制冷功率(SCP)可达321.2 W/kg,空冷器进出口空气温差在制冷前3 min到12.8 min内保持在10℃及以上,当吸附床吸附水蒸气的平均速率为71g/min时,系统在开始制冷后近36 min内能够保持10.4 kW的稳定制冷量。

液氮辅助制冷的高低温冲击实验箱系统研究

为了满足高低温冲击实验系统对温度冲击实验的要求,本文基于复叠式制冷系统进行高低温冲击实验,并分析实验结果,得出单一使用压缩式制冷无法满足实验要求。提出了增加一路液氮冷源以获得更大的制冷能力,并建立系统的相关参数模型。基于所建立的模型进行了相关的模拟与实验,实验与仿真结果表明:增添液氮辅助降温系统能够强化低温箱系统的制冷能力,实现了实验条件的恢复时间由最初的19 min缩减到5 min以内,并且温度的上升幅度由20℃降至8℃,满足了低温冲击实验的要求。

真空集热型太阳能固体吸附式制冷的理论研究

为提高太阳能吸附制冷系统的集热性能 ,提出了采用真空集热管式吸附床的太阳能固体吸附制冷系统 ,并对选择吸收式和直接吸热式的真空集热制冷系统分别进行了理论分析与计算模拟。这两种系统均具有较高的制冷性能 ,前者宜以沸石 -水为制冷工质对 ,而后者则宜采用活性碳 -甲醇工质对。分析了工作参数对这两种真空集热型制冷系统的影响 ,并对系统结构进行了优化研究。