一种新型商用CO_2跨临界循环压缩机开发与研究

介绍了一种新型商用跨临界CO2循环压缩机,并对此压缩机的关键部件,如壳体和连杆的设计及其应力分布进行分析,同时对压缩机内的油路进行设计,保证压缩机内油压平衡.在自行设计的跨临界CO2压缩机性能测试试验台对跨临界CO2压缩机及其热泵系统进行了系列实验研究,根据实验数据拟合出压缩机的等熵效率和容积效率公式.研究结果表明,在吸气压力为4.0 MPa,气冷器排气温度为25℃工况时,压缩机制热量在58～65 kW之间,制冷量在49～52 kW之间.跨临界CO2热泵系统在按照"一次加热"方式进行实验时,名义工况下出水温度分别为55℃和85℃时,热泵系统制热系数COPh分别为3.46和2.82.系统性能系数随着气体冷却器出水温度的升高而降低,但却随着蒸发器进水温度的升高而升高.冷却水进水温度越高,热泵系统效率越低,因此热泵热水器系统更适于"一次加热"供水系统.     

跨临界CO_2热泵中间换热器对系统性能的影响研究

为了研究跨临界CO_2热泵系统中间换热器对系统的影响,采用基于Modelica语言的仿真平台Dymola,建立了跨临界CO_2热泵的系统模型。从系统COP、制热量、蒸发压力和温度、气体冷却器CO_2出口温度以及过热度等方面,着重分析了中间换热器的有/无对系统性能的影响。结果表明:有中间换热器的系统运行性能更好,运行也更加稳定。在规定工况下,有中间换热器比无中间换热器的系统最优COP要高1.6%,且最优排气压力降低5%;中间换热器有效地降低了蒸发压力,由于系统质量流量较小,系统换热更加充分,从而减小了气体冷却器出口CO_2与水的换热温差;同时,有中间换热器的系统,存在过热度,过热度对热泵性能有直接影响,可以使排气温度升高,压缩机出口焓值增大,制热量增大。对中间换热器的分析研究,可以更加系统地了解CO_2热泵运行节点参数,为系统以及各元件设计提供参考。     

CO_2气体冷却器的性能模拟与优化计算

CO2气体冷却器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的气体冷却器,有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究。本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型,对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算,并与试验测试结果进行了比较,验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算,主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明,热重比随管径的增大而下降,随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素,CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。     

CO2-NH3压缩/喷射复叠循环理论研究

为利用CO2跨临界循环气体冷却器放热段较大的温度滑移,减小节流部分的膨胀功损失,提高系统性能,可在制冷系统中利用CO2跨临界循环与NH3喷射循环复合实现压缩／喷射复叠式系统。在对系统进行热力学分析的基础上,建立了相应的模型。计算结果表明：NH3循环喷射器引射流体温度和出口的冷凝温度对引射系数影响很大,在较高引射流体温度和较低冷凝温度下,CO2跨临界压缩／喷射制冷循环可以得到较高的循环性能。在较低CO2跨临界循环蒸发温度和压缩机效率时,此循环相对基本循环有明显优势。降低发生器温差也是提高循环性能的途径之一。     

超临界压力下CO2流体的性质研究

为了全面了解CO2在气体冷却器中的流动及传热特性以及为设计高效气体冷却器提供理论基础,对超临界CO2流体的性质进行了深入的研究,在三维图上分析了温度和压力对超临界CO2热物理性质的影响,并对超临界CO2流体进行了微观分析.结果表明,CO2的比热、密度、导热系数以及粘度在准临界点附近的变化非常剧烈.针对CO2比热的变化特点,得到了准临界温度的计算关联式,并给出了准临界区定义.CO2的密度、导热系数以及粘度变化最大时的温度与准临界温度相当接近.微观分析表明,超临界CO2流体分子间的作用力比较小,分子在临界区附近的聚集行为特别显著,这可以用来解释近临界区CO2物性独特的原因所在.     

CO2跨临界水-水热泵系统模拟与试验研究

主要对带节流阀的CO2跨临界水-水热泵系统建立了数学模型,对系统的制热性能进行了模拟计算,并与试验数据做了对比。主要分析了高压侧压力、冷却水和冷冻水的进口温度和流量分别对系统制热系数和制热量的影响。结果表明,模拟计算结果与试验测试值的一致性较好,从而验证了模型的可信度。模拟所得对应最大制热系数的最佳高压侧压力与实验结果存在一定的偏差。系统的制热性能系数和制热量随着冷却水进口温度的升高而降低,随冷冻水进口温度的升高而增大;而且都随着冷却水和冷冻水流量的增加呈现出升高趋势。     

跨临界CO_2热泵系统变工况性能的试验研究

为研究CO_2在热泵领域的应用,本文通过搭建跨临界CO_2热泵系统实验台,对其在变工况条件下的性能进行研究和分析,找出热泵系统性能系数最佳的工况条件,为跨临界CO_2热泵系统推向市场化提供试验依据。试验结果表明:当出水温度tter,w超过50℃时,随着热泵系统的高压压力Pcond升高,系统的性能系数(COPH)呈现先升高后降低的特点,有一个峰值,该峰值所对应的高压压力就是最优高压压力Popt;且蒸发温度tev越高,热泵系统的COPH也随之升高。     

带回热器的跨临界CO_2制冷系统的试验研究

为了提高跨临界CO2制冷系统的性能,搭建了跨临界CO2制冷系统试验台,对带有回热器(IHX)和不带回热器的两种跨临界CO2制冷系统进行了研究。研究结果表明:在某一蒸发温度下,当冷却水出口温度为55℃的时候,系统的性能系数随着高压侧压力的升高呈现出先升高后降低的趋势,存在一个最大值;回热器可以提高系统的性能,带回热器的制冷系统的性能系数要比不带回热器的制冷系统的性能系数高约6%～10.5%。     

太阳能热泵热水器加热性能的试验研究

在自行设计制作的试验台上进行了太阳能热泵热水器加热性能试验.定流量循环加热热水时,太阳能热泵热水器比普通太阳能热水器加热速度快3.4倍,集热器效率提高了1倍多.太阳能热泵直流式加热热水时,热水出口温度随热水流量的增加而降低,系统能效比随热水流量的增加而增加;热泵蒸发温度与热水入口温度越高,产生适宜出口温度的热水流量调节范围越大,出口温度相同时则系统能效比越高;太阳能热泵具有即时供热水功能.太阳能热泵热水器采用循环式加热比直流式加热耗时更短,经济性更好.     

CO_2跨临界循环和氟利昂制冷剂循环性能分析

本文以R134a、R290和CO2制冷剂为研究对象,分别对三种单、双级循环的性能进行对比。结果表明,随蒸发温度增加、压缩机效率升高和冷凝器出口温度降低,所有循环性能均提高,单级CO2循环存在最优排气压力;用膨胀机代替节流阀可以显著提高CO2跨临界循环COP;低压级压缩机的效率比高压级压缩机对系统性能影响明显。双级循环中,CO2循环最优中间压力远高于其它两种循环。本研究为高效、节能的空调和热泵产品开发提供基础资料。     

房间空调与供热水耦合的CO2跨临界循环系统

房间空调与供热水耦合的CO2跨临界循环系统，充分利用CO2作为自然工质的独特性能，利用气体冷却器放出的热量提供所需生活热水。该系统结构紧凑，而且能够满足制冷、制冷 热水、热水、制热、制热 热水五种工况需求：通过对其进行技术可行性、全年能耗和综合性能系数进行分析，结果表明房间空调 热水的CO2耦合系统在能源利用、环境安全和经济运行等方面都具有优势和潜力。     

CO2跨临界膨胀机循环最佳高压压力计算

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力，对应着最大COP。但是，膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时，CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便，对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归，并给出了计算关联式。     

CO_2热泵热水器的系统设计及试验研究

设计搭建了蒸发器和气冷器均采用套管式换热器的跨临界CO2热泵热水器性能测试试验台,在制冷剂充注量1.23kg时,通过调节膨胀阀的开度和控制气冷器的水流量来研究系统性能。结果表明:该机组能在较高COP(3.2)下制得65℃的热水,并可以在COP不低于2.0情况下制取80℃的热水;气冷器水流量对系统的COP、出水温度以及系统的排气压力影响最大;高效的换热器可以在压缩机排气温度一样的情况下提高出水温度,使系统在制取高温水时有更高的COP。     

流体系统加热回路计算分析

介绍一种无需加热器的流体加热系统。该系统的油箱经过加热泵后同供油管线相连接,并在加热泵和供油管线之间的连接管路上设有出口球阀;在加热泵和出口球阀之间的管路上设有同油箱相连通的溢流管路;并在该溢流管路上安装压力调节阀、节流孔板和层流孔板。该回路的优点在于加热均匀,加热元件表面不积垢,有利于保持油液清洁,节省了传统加热器,非常适用于不需要经常加热的环境。另外,该回路结构简单,加工方便,磨损件只有节流孔板,回路整体运行成本低廉。     

热源与热汇对跨临界CO_2系统性能的影响

跨临界CO2系统性能不仅受到排气压力的影响,而且对热源热汇温度的变化也十分敏感。介绍了具有双节流阀装置且带有平衡储液器的跨临界CO2制冷热泵试验台,并改变热源和热汇温度条件对系统进行了多工况对比性试验研究。结果表明:当热汇温度15℃一定,热源从15℃上升到25℃时系统制热COPH平均每5℃上升4.4%左右,反之热源温度25℃一定,热汇从15℃上升到25℃,系统制冷COP平均每5℃下降6.8%左右。且热源温度对冷冻水出水温度影响较大,而热汇温度对其影响较小,无论是热源或热汇温度平均每改变5℃对冷却水出口温度的影响范围在0.7℃到1.9℃左右。     

双并联冷凝器水冷热泵系统模拟与试验研究

运用EES编程建立了水冷热泵系统的数学模型,对系统的制热性能进行了模拟计算,主要分析了室内环境温度、冷却水进口温度和流量对系统制热量性能系数和能效比的影响。模拟结果表明:室内环境温度对系统性能系数和能效比影响很大,随着温度的升高制热系数降低;在一定范围内随着进水温度和流量的升高,系统性能系数和能效比急剧增大,但随后趋于平缓,存在最佳流量。通过模拟研究了运行参数对性能的影响,为实际的开发设计和验证提供了依据。根据理论设计,搭建试验样机,利用空调焓差室对该机组进行试验研究,对试验样机在名义工况下的制冷、制热性能进行了测试,水侧和制冷剂侧热平衡偏差在5%以内,进一步验证了测试的准确性。测试结果表明,制冷工况时的性能系数和能效比均低于制热时的,采用双并联冷凝器设计,对于较大制冷量和制热量热泵系统具有明显优势。