基于余热回收的燃气热泵系统高温制热特性

燃气热泵（GHP）是一种先进的低碳节能清洁供暖技术。针对当前GHP技术研究中普遍使用的R134a冷媒制热环境温度下限偏高及活塞式压缩机能效偏低等局限,本文创新性地搭建了基于使用R410A冷媒涡旋式压缩机的高能效GHP实验平台,在实验台上进行了不同出水温度（t_w,out）、发动机转速（N_eng）、进水流量（G_w）及是否余热回收下的高温制热特性研究,得到了制热量（Q_h）、耗气功率（P_gas）、压机功率（P_comp）、一次能源利用率（PER）及性能系数（COP）的变化规律,并对关键性能参数进行了误差分析。结果表明,t_w,out由41℃增至50℃时,Q_h、PER和COP分别减小了3.12%、13.17%和18.92%,PER下降的幅度明显小于COP;N_eng从1200r/min增至1800r/min时,在50℃出水下Q_h、P_gas与P_comp分别增加了51.03%、43.98%和55.37%,PER因受到发动机有效热效率升高的影响而增加了4.90%;G_w从5.8m³/h增至11.5m³/h时,系统各性能参数随G_w变化不敏感;系统考虑余热回收后,Q_h、PER与COP均显著增加,在N_eng为1200r/min且41℃出水下分别增加了31.18%、36.06%与31.54%,系统余热回收量占总制热量和发动机总余热量的比例分别为17.48%~24.54%和44.16%~63.39%。由误差分析可得Q_h、P_gas和PER的误差分别为3.29%、1.00%和3.44%,表明了系统测试结果具有较高的准确度。     

矿井救生舱空调CO2在毛细管内的节流仿真

节流降温装置是矿井救生舱CO2开式空调中关键的部件之一.采用毛细管进行节流降温,首先针对CO2节流过程进行热力学分析,然后建立两相区及气相区的节流数学模型并进行仿真计算.计算结果表明:制冷量越大,所需毛细管长度越长;在相同制冷量条件下,毛细管内径越大,所需毛细管长度越长;初始温度越高,可利用的焓差越小,且节流所需毛细管长度越长.最后针对制冷量分别为2 kW和3 kW的系统进行毛细管节流降温设计.     

水合物降压分解的实验及数值模拟

在天然气水合物一维分解模拟系统上进行模拟多孔介质中水合物降压分解的实验。在考虑天然气水合物分解动力学机理以及流体渗流模型的基础上;建立天然气水合物降压分解的数学模型。利用模型对降压实验进行拟合;获得了多孔介质内水合物分解本征速度常数数量级为10 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1;比文献中测定的纯水中水合物分解本征速度常数低3个数量级。对模型进行了参数分析;发现对于实验室规模的一维系统;分解动力学过程控制整个分解过程;而对于现场规模的水合物藏;整个开采过程受水合物藏流动特性的控制;而受水合物分解过程的影响较小。     

螺旋管内单相液体紊流脉动流动传热

以水为工质对螺旋管内单相液体充分发展紊流脉动传热特性进行了实验研究 ,发现了紊流脉动传热系数与流量脉动相位间的反相关系 ,引进了两个新的准则数 :脉动频率数W0 和脉动振幅率Ap,对紊流脉动传热规律进行了分析讨论 ,并根据紊流脉动传热参数的瞬态变化规律 ,对脉动过程中的管内二次流特征和变化作了详细讨论和分析 .     

燃气热泵系统在过渡季节制备生活热水的性能研究

研究了燃气热泵（GHP）系统在过渡季节制备生活热水的性能特性,分析了发动机余热回收对GHP系统性能的影响。在不同环境温度（15 ~ 24℃）和进水温度（37.7 ~ 47.8℃）下,考察回收与不回收发动机余热模式对生活热水制热量（${{\dot{Q}}_{\text{h}}}$）、耗气功率（P_gas）及一次能源利用率（${{r}_{\text{PER}}}$）的影响规律。结果表明,随着环境温度的升高,P_gas减小,而${{\dot{Q}}_{\text{h}}}$和${{r}_{\text{PER}}}$呈现递增的趋势;随着进水温度的升高,P_gas增大,而${{\dot{Q}}_{\text{h}}}$和${{r}_{\text{PER}}}$呈现递减的趋势。其中环境温度20 ~ 24℃与进水温度37.7 ~ 47.8℃为${{\dot{Q}}_{\text{h}}}$的不敏感区间,在环境温度为24℃和进水温度为37.7℃条件下,${{r}_{\text{PER}}}$高达2.004。GHP系统的余热回收量分别占总制热量和发动机总余热的25.00% ~ 30.16%和62.17% ~ 71.56%,系统的余热利用率高。     

热交换器防垢涂层材料的研究进展

热交换器是工业中传热传质的重要设备,广泛应用于各个领域,但热交换器表面易结垢的问题严重影响了其运行效率。表面防垢涂层技术是解决热交换器表面结垢的一个重要研究方向。本文简要介绍表面涂层材料表面特性（表面能、接触角、粗糙度、耐腐蚀性）对基体表面结垢行为的影响,为揭示不同材料表面结垢行为差异提供依据;同时,对防垢涂层材料的类型及研究现状进行总结分析,为热交换器表面防垢涂层材料研究提供理论支持。     

基于流态冰的冰源热泵能效及经济性研究

基于流态冰的冰源热泵可以利用近冰点淡水或海水相变潜热作为热源,具有采暖能效高、适用性广的特点。为研究新型冰源热泵在采暖期的能效及经济性,选取我国典型供暖区域的5个城市作为研究对象,结合近5年采暖期各城市的气象参数,分别模拟计算空气源热泵、冰源热泵、地源热泵的系统能效。通过计算各热泵机组的初投资及采暖期运行费用,确定了不同类型热泵系统的静态投资回收期。结果表明,本文提出的新型冰源热泵在采暖期的系统能效较高,为2.8 ~ 3.2。相较于空气源热泵和地源热泵,哈尔滨地区冰源热泵系统的初投资及运行费用最低,不存在静态投资回收期。在北京、郑州、武汉、南京地区的静态投资回收期分别为3.0年、5.1年、2.3年、2.6年。基于流态冰的冰源热泵在冬季供暖方面有很好的应用前景。     

纯电动汽车CO_(2)热泵空调及整车热管理概述北大核心CSCD

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,交通运输业电气化的目标进一步加快。其中电动汽车现在面临着由于低温采暖而造成的续航里程衰减严重和制冷剂选择等难题。本文通过总结相关文献,综述了提高电动汽车续航里程的CO_(2)热泵空调技术和电动汽车整车热管理系统。在制冷剂选择上,分析了R134a、R1234yf、R290、CO_(2)4种新型制冷剂的优缺点;在CO_(2)循环系统中,介绍了基本跨临界CO_(2)循环系统的特点,重点阐述了对基本跨临界CO_(2)循环系统的优化,其中包含带回热器的跨临界CO_(2)循环系统及使用补气增焓技术的跨临界CO_(2)循环系统;对于热泵空调在电动汽车上的应用,分析了直接热泵的三换热器系统和二次回路系统的工作模式和各自的特点;对于CO_(2)热泵空调在整车热管理上,介绍了电动汽车乘员舱、动力电池和驱动电机热管理的需求,展示了直冷直热系统和二次回路系统的优缺点;最后总结指出CO_(2)热泵空调系统将有效解决电动汽车冬季续航里程衰减严重的问题且能在整车热管理上发挥巨大作用,同时仍亟需在高温工况制冷、耐压、密封、控制和集成等问题上进一步探索。     

基于ARM的串联电池组均衡系统设计

为解决串联电池组在循环充放电过程中不一致性逐渐加剧造成的整个电池组的性能下降和寿命缩短的问题,提出了以STM32系列ARM为核心的串联电池组全程动态均衡系统。该系统具有独立的补电均衡和耗散均衡控制模块,实现了电池在充放电全过程中的动态均衡,提高了均衡效率,缩短了均衡时间,同时解决了目前常用均衡方案发热量大,能量消耗大的问题。     

孔板气泡法缩短天然气水合物形成诱导期

为缩短天然气水合物形成诱导期，基于气液两相流原理和天然气水合物形成条件，提出从高压反应釜底部进气，利用孔板鼓泡来增大气液接触面积，增强气体对液体的扰动，从而缩短天然气水合物形成诱导期的动态方法。据此，建立带有机玻璃视窗的高压反应釜实验系统，在浓度为280 ppm十二烷基硫酸钠（SDS）促进剂水溶液中进行天然气水合物生成动态实验（反应釜底部进气）和静态实验（反应釜顶部进气）。结果表明，使用此法，一定压力（P=4.15 MPa）和温度（T=274.05 K）下，相比于静态实验（P=4.30 MPa，T=273.95 K），天然气水合物形成诱导期可缩短约2/3，尽管其它条件相同时，理论上后者的温度和压力更有利于天然气水合物的形成；此外，实验结果还表明，一定反应条件下，天然气水合物形成诱导期受通气状况的影响，实验中，通过控制气流速率，一方面可控制气泡直径（气泡直径越小，气液接触面积越大）；另一方面可延长通气时间（增加了气体对液体的持续扰动）。这二者都有助于缩短天然气水合物形成诱导期。