基于引射器的双温蒸发CO2热泵系统性能分析

采用高效的热泵系统替代常规锅炉是实现“双碳”目标的有效措施。本文提出采用引射器实现双温蒸发的CO₂热泵系统,以实现余热梯级利用和高效制热。通过窄点分析法,建立了基本CO₂系统、CO₂引射器系统、双温蒸发CO₂引射系统的热力学模型,发现双温蒸发系统存在最优排气压力及最大COP。基于最优工况进行分析,结果表明：在热泵热水器名义工况下,双蒸发器系统COP最高达4.84,比基本CO₂热泵系统提高了9.88%。双温蒸发过程可显著降低吸热过程中的换热不可逆损失,双温蒸发系统蒸发器侧的不可逆性能指数为1.51,比基本CO₂和带有引射器的常规CO₂系统降低了24.50%。     

数据中心刀片式服务器不同冷却方式的模拟对比

本文以刀片式服务器的冷却为研究对象,应用6SigmaDC软件的电子热分析模块,构建了刀片式服务器模型,对不同参数下的翅片式散热器在刀片式服务器中的散热情况进行了数学模拟。得到翅片式散热器翅片高度、齿数、翅片厚度等多个参数对散热器散热性能的影响规律,通过对比分析得到翅片散热器的最优结构参数,及芯片风冷散热所能达到的最低温度。为优化芯片的散热,在相同服务器上构建冷水板水冷散热模型,与风冷散热时芯片的温度进行对比,得出芯片水冷散热性能是风冷散热的1. 3倍。基于刀片式服务器内部温度分布分析,提出刀片式服务器采用风冷与水冷相结合的混合冷却为最佳散热方式,为数据中心服务器的散热设计提供了理论参考。     

不同凝核剂溶液在冷表面上凝结过程的实验研究

用实验方法研究了添加剂种类、浓度、粗糙度和表面接触角对液滴在冷表面凝结过程的影响。用半导体制冷片对冷表面进行降温,用K型热电偶测量液滴中心的温度,用相机记录整个凝结过程。冷表面分为以铜为基体的亲水表面和喷涂了纳米膜的疏水表面2种,添加剂为氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠3种。相机记录的图像可以看出,水滴完全凝固时会在顶部形成突起,相同体积的液滴与亲水表面的接触面积比疏水表面大,故在亲水表面凝固所用的时间少。通过数据分析得到,亲水表面液滴的临界成核能随粗糙度的增加而降低,但疏水表面相反;添加剂浓度增大会增加表面能,降低溶液平衡温度,增加临界成核能;临界成核能大小排序为氯化钠溶液碳酸氢钠溶液氯化钾溶液。     

CO2滚动活塞膨胀机吸气机构的设计与分析

对CO2滚动活塞膨胀机吸气机构主要部件的设计进行了研究。根据CO2膨胀机的吸气要求,选用易于加工的盘形凸轮机构作为吸气机构,从动件(滑阀)的运动规律为正弦加速度。在对膨胀机热力计算和弹簧设计的基础上,合理选择了吸气机构的参数。样机实验结果表明,该机构运转可靠,设计合理。     

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。     

二氧化碳热泵干燥系统的研究

从CO2跨临界循环的热力学特性分析入手,给出CO2热泵干燥系统的两种形式,并对系统进行评价和分析。结果表明,CO2跨临界循环能够实现与干燥介质(空气)良好的温度匹配,热泵循环的COP达5.1~5.7,系统的单位除湿率SMER达2.86~3.20kg/(kW.h)。CO2热泵干燥系统的火用损失主要发生在压缩、除湿、空气加热和节流的过程中,减少干燥过程中的火用损失,应主要从这几方面进行优化。     

CO2涡旋压缩机泄漏分析

分析了CO2涡旋压缩机的泄漏形式,并建立了泄漏间隙和泄漏量的模型。计算结果表明,CO2涡旋压缩机排气压力和蒸发温度对泄漏量的影响较大,吸气过热度对泄漏量的影响很小。     

燃气机驱动CO2工质跨临界循环热泵系统评价

阐述了燃气机驱动的以CO2为工质的跨临界循环热泵系统的原理，计算了总有效温室效应评价指标和一次能源利用率，进行了技术经济分析。此热泵系统总有效温室效应评价指标低，一次能源利用率高，环境污染小，运行费用低于普通电动热泵。     

太阳能水蒸气引射冷却的CO2低温制冷循环

为需要较低温度的用冷空间提供冷源,设计由太阳能集热循环,水蒸气喷射制冷循环,CO2低温制冷循环组成的太阳能辅助热源水蒸气喷射引射冷却的CO2低温制冷的组合循环,通过热力计算得出随着蒸发温度的升高,太阳能辐射强度的增大,集热器面积的增大,组合循环的性能提高。蒸发温度每升高1℃,组合循环的性能系数增大4.3%,太阳能辐射强度每增加1W/m2,组合循环的性能系数增大2.8%,太阳能集热器面积每增加1m2,组合循环的性能系数增大约6%。发生器内水蒸气温度对组合循环的性能影响不大,太阳能辐射强度、集热器面积以及喷射器引射率对组合循环的影响较大。组合循环节省运行费用,节约能源,有很好的发展前景。     

利用瞬态热线法测量固体导热系数

在利用瞬态热丝法测量固体与流体导热系数方法研究的基础上，对固体的导热系数进行了计算，提出了既有理论意义又包含了测量参数、既严格又简便的新表达式；分析与定量计算了模型误差、截断误差、热阻误差、热容忽视误差及测量系统的合成误差；并指出了减小误差的措施。在实验研究中，建立了试件测试台和自动化参数采集与数据处理的计算机测控系统。测量结果表明，所测得的3种固体材料的导热系数值与文献参照值相差约5％。具有一定的实用价值。