无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机实验研究

为验证无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机的可行性,搭建了闭式液氦温区JT制冷机实验平台,开展了降温实验,实现了液氦温区制冷。通过调节压缩机背压,在压比为9.57时优化得到浮动涡旋压缩机的效率为8.65%,此时制冷机可在4.4 K提供24.0 mW制冷量。

不同冷凝段温度下液氮脉动热管可视化实验研究

脉动热管作为一种高效换热元件,能够在低温制冷机的冷量传输过程中发挥重要作用。对脉动热管内流型的可视化研究能够全面掌握工质的流动与传热机理,但由于低温环境可视化实验的复杂性,目前从实验中获得的低温脉动热管流型特性是稀缺数据。通过搭建低温脉动热管可视化实验台,采用制冷机作为冷源,系统地研究了以氮为工质时冷凝段温度对装置传热性能的影响。结果表明,充液率较低时,冷凝段温度越高,启动所需的热负荷越低,但易出现干涸现象;中等充液率工况下在冷凝段温度较低时由于流道未全部启动,热阻会升高,全局运行后热阻降低稳定;高充液率下气液运动稳定,随着热负荷增大,热阻下降后保持不变;各充液率下冷凝段温度的升高皆有利于脉动热管全局运行,并获得更低的热阻。

吸收式制冷(热泵)循环流程研究进展

吸收式制冷作为最早的人工制冷方法,诞生至今已有200多年。在民用和工业中的实际应用有60多年。近20余年来,吸收式制冷在理论与应用等方面都取得了迅速发展,并在制冷机市场上占有相当的份额,得到国内外厂商和学者的广泛关注与研究。随着人类能源消耗量的不断增加,需要进一步深入研究新能源、分布式能源及能源的高效利用。余热、废热、可再生的太阳能、地热能等的利用使得热能驱动的吸收式制冷(热泵)技术得到越来越多的关注。与采用电驱动蒸气机械压缩式制冷(热泵)系统不同,吸收式制冷(热泵)技术可利用采用低品位热源的热能直接驱动,运行成本远低于电驱动系统。吸收式系统多采用H2O-LiB r溶液、NH3-H2O溶液等自然工质作为制冷剂,具有环境友好特性,同时具有安全、可无噪音运行、可靠性高等显著优点。但也具有占地面积大、初投资高,冷却负荷高,一次能源效率低(直燃形式)等不足。针对这些特性,现阶段的主要研究方向包括:循环设计优化、工质对选择、系统部件热质传递强化、系统控制策略优化等。狭义的吸收式循环是指闭式、溶液吸收制冷剂蒸气的吸收式制冷(热泵)循环。该类循环按照循环形式分类包括单吸收循环、多吸收循环和复合循环。单吸收循环主要包括基本单效吸收循环、扩散吸收循环、膜吸收循环、热变换器循环、重力驱动的阀切换循环以及自复叠循环;多吸收循环主要包括再吸收循环、多效循环、中间效循环、多级循环、中间级循环以及GAX循环;复合循环主要包括喷射-吸收复合、压缩-吸收复合和膨胀-吸收复合等复合形式。现有吸收式制冷技术研究热点主要包括且不局限于太阳能、中低温余热利用、冷热电联产、储能(蓄冷、蓄热),膜交换材料、高温下耐腐蚀材料,塑料热交换器等方面。吸收式循环现有循环结构的提出针对的是一定温度和浓度下循环,面对新的应用场景、新材料以及新吸收工质对,吸收式循环可以提出多种更高效、更宽热源驱动温度范围和溶液浓度范围的新循环。

颠簸状态下制冷系统气液分离器性能的影响研究

主要针对混合工质两级喷射制冷系统在船舶出海条件下的运行稳定性进行了分析研究。气液分离器是喷射式制冷系统中一个较为重要的设备部件。内部液体的波动与飞溅,容易使得气液分离器出现出气带液的现象,而高压级喷射器引射的出气带液量对整个系统的工作性能会有一定的影响。本文通过数值模拟与试验研究的方法对系统中的气液分离器进行了研究,结果表明,25cm为内部最大安全液位。当分离器内部液位高于25 cm时,气液分离器的出气带液量会随着内部液面高度的上升而增加。另外,在分离器中增设挡板对内部液体的波动与飞溅有明显的抑制作用。

降压过程对过冷水成核影响的理论和实验研究

控制预冻阶段的过冷度对冷冻干燥制品品质的均一性以及后期干燥速率有重要影响。本文通过实验和理论研究了主动降压诱发过冷水成核过程中降压速率、预冷温度和终压等因素对小瓶内过冷水成核现象的影响。结果表明:常压下解除过冷度范围为9~17℃,而在降压过程中解除过冷度范围为8~11℃;在5~20 k Pa/s内降压速率对成核影响不大;在100~400 Pa内终压越低,检测到的解除过冷度越低。计算分析表明,降压过程中水体表面及附近区域达到的最低温度可能是影响成核的关键因素。

开式吸收式热泵系统的研究及应用进展

闭式蒸气吸收式热泵系统以热能和少量泵功驱动代替蒸气压缩热泵系统的压缩机驱动,分别实现工质的流动和内能的增加,节省了高品位电能的压缩功。开式吸收式系统相比于闭式吸收式热泵(制冷)系统,以蒸气压差和温度差同时驱动的直接接触式传热传质代替闭式系统温差驱动的间接传热,实现系统与外界环境的热质交换。针对开式吸收式系统的研究目前主要为不同应用相关研究,在闭式吸收系统的基础上精简结构,优化性能。本文主要从工质对、构型、部件三个方面总结目前开式吸收式系统的研究进展。因开式吸收式系统常与环境发生物质交换,对其工质对的研究需要在蒸气压低、不易结晶等传统吸收式工质对需要的物性基础上,更强调腐蚀性低、环境友好等特性。广义的开式吸收式系统有D型、AD型、ADC型、EAD型、EADC型5种基本构型,本文总结了5种基本构型在直接蒸发冷却制冷、气体除湿加湿处理、热湿气体潜热回收、制冷制热、蒸馏提纯等不同应用领域的研究。与闭式吸收式系统相比,强化环境与系统的传热传质是开式吸收式系统的研究重点。对于直接接触式传热传质部件,填料塔仍然是绝热开式吸收器/发生器的主要形式,基于膜的非直接接触式吸收/发生换热器作为直接接触式换热器的替代部件,其传热传质系数相对于直接接触式换热器仍有待提高。

两级节流双循环耦合冰箱节能研究

双循环耦合冰箱在系统耦合运行时,冷冻循环冷凝压力下降,冷凝器出口制冷剂未完全冷凝,冷藏循环提供的冷量被用来处理未完全冷凝的制冷剂,系统难以发挥设计的节能能力。为解决该问题,本文提出一种两级节流双循环耦合系统,在冷冻冷凝器和耦合过冷器之间添加节流装置,使系统能够发挥相应的节能作用。本文制冷剂选取R600a,在环境温度为25℃,冷冻室温度为-18℃的条件下,通过Matlab模拟系统实际运行状态并搭建实验装置进行验证。研究结果表明:在设计工况下,系统单独运行和耦合运行均能够保证冰箱稳定运行,同时耦合运行状态的COP比独立运行状态提升约9%。

吸收式工质对R152a＋DMETrEG的汽液相平衡特性

R152a(ODP=0,GWP=124)对环境友好,热力性能完善,而吸收剂三乙二醇二甲醚(DMETr EG)沸点较高,毒性较弱,对较多制冷剂都有很好的溶解能力。因此,R152a与DMETr EG的二元混合物是一种具有潜在应用价值的吸收制冷工质对。采用气液双循环法,实验研究了R152a+DMETr EG在293.15~353.15 K温度范围内的汽液相平衡特性;分别采用NRTL模型和Wilson模型对测得的汽液相平衡(VLE)数据关联对比。实验结果与关联结果具有良好的一致性,NRTL模型拟合计算结果与实验结果的平均相对偏差为1.80%,而Wilson模型拟合计算结果与实验结果的平均相对偏差为1.83%。当混合溶液中R152a摩尔分数大于0.8时,R152a活度系数接近1,混合溶液可近似视为理想溶液。

液氢容器真空夹层氢吸附剂研究进展

基于液氢容器高效氢吸附剂对使用方式、材料改性、性能评价和用量计算的需求,讨论真空夹层中的气体负荷来源和真空寿命,总结液氢容器常用氢吸附剂的种类、材料以及吸附性能研究方法.真空夹层主要的残余气体是材料放出的氢气,通过合理使用吸附剂可以显著延长容器寿命.根据吸气机理可将氢吸附剂分为低温吸附剂、金属氧化物、离子交换沸石分子筛和非蒸散型吸气剂4类,并从实验测试和理论模型2个方面总结了吸附性能的研究方法.

不同电子氟化液对浸没式相变冷却系统性能的影响

为满足数据中心日益增长的热管理需求,本文采用了浸没式相变冷却技术,建立了浸没式相变冷却系统的性能模型,对4种常用电子氟化液进行模拟,以验证这4种工质对浸没式相变冷却系统性能的影响。模拟计算结果表明:1)4种电子氟化液中,D-1适用压力范围最广,启动所需要的热流密度值最小,但最大散热能力弱于FC-72和HFE-7100,综合性能较强;2)随着流速的增大,冷却水所能携带的热量最终趋于稳定,不同电子氟化液对管内冷却水压降的影响基本相同;3)提高冷却水进口温度,有利于出口冷却水的能量回收利用,但系统散热效果不佳;降低冷却水进口温度,有利于增大传热温差从而提高散热能力,但可能会出现冷量利用效率较低的问题;4)模拟计算所得的曲线图中,在相同冷却水进口温度、冷却水流速等条件下,D-1蒸气环境中冷却水携带的热量、进出口温升曲线均与Novec 649接近或基本重合,因而可在浸没式相变冷却中替代Novec 649发挥较好的散热效用。

加热烘烤对玻璃纤维纸放气特性的影响

为研究加热烘烤对多层绝热材料放气速率的影响,采用静态升压法测试了玻璃纤维纸在不同加热温度下的放气速率,并对不同温度下的放气成分进行了分析。研究结果表明:加热烘烤能够加速材料的放气,相对于延长抽真空时间达到较低的放气速率,加热烘烤可以节约时间成本;加热温度越高,材料的放气速率越大,对于绝热材料而言存在一个较优的烘烤温度,但烘烤温度对材料的放气组分影响较小。

涡流管与制冷工质的耦合特性研究

鉴于涡流管已开始应用于制冷系统中的现状,需要研究涡流管与制冷工质的耦合特性并寻找适合的工质及其工作流程。本文搭建了闭式实验系统,选用R134a、R744、R32以及R227ea作为工质,研究了在不同进口压力(500～850kPa),进口温度(308.15～333.15 K),以及不同冷流比(0.1～0.97)工况下涡流管与制冷工质的耦合特性。实验发现,随着R134a的进口压力增大,其制冷效应逐步增强而制热效应逐步减弱;R134a进口温度的变化对于温度分离效应的影响不大;不同冷流比工况下R134a的温度分离效应与空气等自然工质相类似,但其制热效应为负值。此外,本文还探索了工质物性对于涡流管温度分离特性的影响,分析认为绝热指数k、压缩因子z以及运动黏度v为影响涡流管分离效应的主要参数。

不同冷凝段温度下液氢脉动热管实验研究

脉动热管是一种高效的传热元件,可用于将低温制冷机冷头的有限冷量分配到更大的面积、传输到更远的距离。本文采用一台两级GM制冷机作为氢工质脉动热管的冷源,测试脉动热管在不同冷凝段温度下的传热性能,实验中充液率为28%@19K。不控制冷凝段温度(实验A)和将冷凝段温度控制在19 K(实验B)的实验结果表明实验A中的脉动热管在每个热负荷下都有更小的温差和更大的有效热导率。固定热负荷,控制冷凝段温度从16.5 K逐步增加到24 K(实验C),结果表明在此充液率和热负荷下,有效热导率随着冷凝段温度的升高而近似线性增加。在本研究的三组实验工况下,氢脉动热管正常运行范围内,冷凝段温度越高,有效热导率越高。

倾斜角对金属泡沫脉动热管传热性能研究

不同倾斜角的放置对金属泡沫脉动热管传热性能有重要影响。本文采用去离子水作为工质,开展了充液率为0.2、倾斜角分别在90°,60°和30°下金属泡沫脉动热管传热性能的实验研究。实验结果表明,金属泡沫脉动热管在90°倾斜角下热阻最小,传热性能最好;在60°倾斜角时其热阻相比90°时增大19.8%;在30°倾斜角时其热阻相较60°倾斜角下增大2.6%。与常规脉动热管相比,金属泡沫脉动热管传热性能受倾斜角影响较小。此外,本文还观察了金属泡沫脉动热管稳定运行下蒸发段温度的波动,发现30°倾斜角下蒸发段温度波动较大,60°和90°倾斜角下的温度波动较为平稳。与常规脉动热管相比,金属泡沫脉动热管蒸发段温度的稳定性较好。

真空完全丧失下LNG罐式集装箱的储存规律研究

LNG罐式集装箱(简称罐箱)成本低廉,灵活机动,能实现铁路、公路、水路联运,是LNG的一种理想运输方式。真空丧失是LNG罐箱的主要失效模式之一,会影响其安全使用。本文对1AA型40英尺LNG罐箱开展了真空完全丧失的测试试验,得到了维持时间及罐内压力、充满率、液相温度随时间的变化数据。在试验基础上,采用饱和均质模型和俄罗斯模型从理论上研究了不同初始条件下LNG罐箱的储存规律,对比了两种理论模型在真空完全丧失工况下的适用性,研究结果表明:真空丧失条件下,俄罗斯模型对维持时间仍有较高的预测精度。本研究对LNG罐式集装箱的安全使用与应急处理有重要的实用价值。