Evaluation of cut cell cartesian method for simulation of a hook and claw type hydrogen pump

Hook and claw pumps are used for recirculation of excess hydrogen in fuel cells. Optimization of the pump design is essential. Computational Fluid Dynamic (CFD) is an effective method for performance optimization. However, it is difficult to conduct CFD simulation because of the sharp cusp of the rotor profile. Cut cell Cartesian mesh could be the solution to handle this complex and moving geometries. The aim of this paper is to evaluate ANSYS Forte for hook and claw pumps. Firstly, the conservation accuracy of the cut cell cartesian mesh is verified using an adiabatic piston cylinder case. Then, simulation results of hook and claw type pump are compared with experimental data. Finally, simulation results of air and hydrogen are compared. The results show that the CFD simulation of hook and claw pumps using cut cell cartesian mesh could provide an efficient and effective approach for the optimization of the system.     

基于跨临界CO2热泵的茶叶生产能源系统负荷削减潜力

乡村产业中的化石能源设备逐渐被电能技术替代，引起了乡村负荷波动增大、部分时段产生集中高负荷的问题。为了解决以上问题，将低品位清洁能源应用至乡村的茶叶生产中，针对烘茶全过程的工艺要求提出了跨临界CO₂热泵烘茶技术；并以某茶叶生产乡村为对象，对其代表台区的全年日用电量及产茶日负荷进行了分析，得出采用CO₂热泵烘茶后其负荷得到大幅度削减，整体可降低至原负荷的39.6%~46.8%，峰值负荷与平时负荷的比值由原本的13.6降至5.4~6.2。跨临界CO₂热泵应用至农产品生产中可有效缓解乡村供电压力。     

基于TRNSYS的茯砖茶生产工艺能源系统节能环保特性研究

茯砖茶发酵、干燥过程中，烘房内温湿度稳定性和能源系统低能耗是保证茯砖茶品质与成本的重要因素。本文采用TRNSYS仿真与实验研究相结合的方法，对咸阳某茯砖茶厂实际使用的空气源热泵系统进行建模，通过研究各季节典型代表月烘房温湿度的波动情况，确定该空气源热泵系统在全年的运行状态是否满足工艺要求，在此基础上，对比了该系统在全年可运行季节代表月与该生产厂房早期使用的燃气锅炉系统的能耗仿真结果，对空气源热泵系统的节能与环保特性进行研究。结果表明：由于夏季送风质量流量过大且室外空气含湿量较高，7月烘房温湿度不满足工艺要求。热泵系统在1、4、10月的总标煤消耗量的平均值是锅炉系统的44.42%，平均CO2、SO2、NOx排放量分别为锅炉系统的34.13%、44.1%、40.60%。在茯砖茶发酵、干燥的过程中，相比于燃气锅炉系统，空气源热泵系统具有更好的节能与环保特性。     

新型低GWP高温热泵工质HFO-1234ze(Z)的研究进展

高温热泵可以有效回收工业余热，达到节能减排和保护环境的目的。目前，有关高温热泵技术的研究热点在于寻找一种全球变暖潜能值(GWP)低、使用性能良好的工质，以替代现有CFC-114、HFC-245fa工质。对新型环境友好型工质HFO-1234ze(Z)进行了综述，其GWP＜1，临界温度高于423 K，是一种潜在的高温热泵替代工质。总结了近年来国内外学者对HFO-1234ze(Z)的合成技术、热力学性质、输运性质、传热性能等方面的研究，并分析了HFO-1234ze(Z)在高温热泵系统中应用的可行性，认为HFO-1234ze(Z)在高温热泵中具有较好的工作性能和发展前景。     

自然循环工况下离心泵阻力特性的实验研究与数值模拟

停转后泵的阻力特性对自然循环流量影响明显。为研究低流量自然循环工况下离心泵的阻力特性，设计了实验台架，对离心泵的正向压降、反向压降和损失系数进行了测量，实验雷诺数为2.0×10⁴～1.5×10⁵。实验表明：相同雷诺数下，反向压降明显高于正向压降；雷诺数大于8×10⁴时，损失系数基本保持不变，而低雷诺数下损失系数随雷诺数的降低有增大的趋势；基于实验得到了损失系数的经验关系式。采用CFD方法对离心泵的内部流场进行了模拟，计算表明：CFD方法能较好地预测损失系数，RNG k-ε模型与实验值的相对误差不超过10%；离心泵的压力损失主要集中在叶轮、导叶等结构的交界区域；正向与反向流动的流场分布存在显著区别；低雷诺数下局部流动更加不稳定。     

环形通道内液态铅铋合金流动换热特性实验研究

通过对环形通道内液态铅铋合金的流动换热特性进行实验研究，得到了气泡泵注气对液态金属流动的影响，并拟合出环形通道内液态铅铋合金的摩擦系数关系式和换热特性关系式。结果表明：采用气泡泵注气能有效提升铅铋合金的质量流速；相同Reynolds数下环形通道内液态铅铋合金的摩擦系数大于由布拉休斯公式计算得到的摩擦系数；液态铅铋合金对流换热过程中，导热项占主导地位，并且Nusselt数随Peclet数的增大而增大。     

Theoretical study of a thermoelectric-assisted vapor compression cycle for air-source heat pump applications

This paper proposes a thermoelectric-assisted vapor compression cycle (TVCC) for applications in air-source heat pump systems which could enhance the heating capacity of the system. Performances of TVCC are calculated and then compared with that of basic vapor compression cycle (BVCC). The simulation results show that when coefficients of performance (COPs) of the two cycles are almost equal, the TVCC under maximum COP condition of the thermoelectric modules still performs better than BVCC by 13.0% in heating capacity through selecting the appropriate intermediate temperature. In addition, the TVCC can also achieve an improvement of 16.4%–21.7% in both the heating COP and capacity when compared with the BVCC with an assistant electric heater that is provided with the equivalent power input of thermoelectric heat exchanger. Thus, the TVCC could be beneficial to the applications in small heat pumps if there is always need for auxiliary electric heat.     

基于热电效应的高效环控系统

部分空间科学实验对环境温度有较高的要求，环境温度高于或低于空间科学系统能够提供的热沉温度，需要有可靠有效的加温降温处理措施。使用可靠性强的热电制冷片作为制冷制热方式和气液换热器二次换热来实现环境温度控制的需求，并对不同流体温度制冷制热效果进行分析，结果表明流体温度和目标温度差越小，热电制冷制热的效果越好。在环境温度制冷工况中，热电单元数量随电流增加先减少后增加，在制热工况中则单调递减，设计中需按照制冷工况进行热电单元数量的确定。当流体温度接近制冷制热的目标温度时，会出现整个系统总效率优于热电系统效率的区间。通过对热电单元和气液换热器的组合系统的性能计算，提供一种适于热电环控系统的计算方法和部件选型思路，对空间站环控系统的设计有重要参考意义。     

燃气热水器在无回水管水路中实现零冷水的方案研究

本文分析了燃气热水器行业针对无回水管水路系统实现零冷水功能的现有技术方案,指出现有技术方案存在的一些缺陷,并结合试验研究,对无回水管水路系统提出了一套全新的实现零冷水功能的技术解决方案。     

甲基氯硅烷精馏流程的模拟与优化

采用Aspen plus软件对工业七塔精馏过程进行全流程建模与模拟，优化工艺参数，研究了新的精馏节能工艺。对一甲塔等7个精馏塔采用双因素水平的灵敏度分析，考察了塔釜采出率、回流比、进料位置和塔顶压力对产品浓度和热负荷的影响，确定一甲塔最优的工艺参数：塔釜摩尔采出率为0.92，摩尔回流比为130，塔顶压力为0.18 MPa，总理论板数为400，在210块理论板位置进料。在此基础上，针对高能耗的脱高塔/脱低塔，模拟研究了双效精馏新工艺，新工艺可节省39.70%的年总成本；针对一甲塔模拟研究了热泵精馏新工艺，新工艺可降低41.42%的年总成本。