R1234ze/R32混合工质替代R410A热泵热水机组性能研究

主要分析了2种配比的R1234ze/R32混合工质与R410A在不同工况条件下对空气源热泵热水器的运行性能研究;首先使用NIST软件进行了混合工质与纯工质的热力学性质及输运特性分析,表明混合工质的环评数据、热力学性能具有替代R410A工质的可行性,R1234ze中混入R32相比于纯R1234ze在循环性能上、导热性能有所提升。在此基础上搭建了热泵热水机组测试试验台。试验结果表明:在各对应工况下,混合工质的制热量均比R410A高且排气压力均比R410A低;随着测试环境温度的降低,虽然各工质的COP都呈现下降趋势,但混合工质机组的COP均高于R410A机组的COP且相差幅度增大。     

制冷剂R1234ze在高温热泵中应用的对比研究

对比了R1234ze、R134a、R124、R142b等工质的热物理性质,分析了几种工质在高温热泵应用中相同工况下的压比、COP、压缩机排气量、排气温度等性能参数,论述了R1234ze用作高温热泵工质的可行性及R1234ze高温热泵机组的特性。结果表明R1234ze在高温热泵75⁹5℃工作区间内,具有系统制热COP高、压比适中、压缩机排气温度低等特点。同时,其良好的热物性、较低的GWP值决定了其可以应用于高温热泵中。     

低温室效应工质空调蒸发器性能模拟计算

建立翅片管式蒸发器的稳态分布参数数学模型,考虑蒸发器内部的实际流动状态,用Visual Basic计算机语言编写翅片管式蒸发器模拟计算程序,利用R22的计算结果与文献试验结果进行验证,得到较好的一致性。基于此模型模拟低温室效应(Global warming potential,GWP)工质R290、HFO1234yf和HFO1234ze在翅片管式蒸发器内的流动换热特性。分析改变迎面风速、制冷剂质量流量以及管外径尺寸时换热量和压降的变化情况,并与现在广泛使用的R410A进行性能的对比分析。结果表明,风速稳定时R290换热量最大,HFO1234yf最小;相同情况下,HFO1234yf与HFO1234ze最容易达到过热状态;压降相同时,R410A的质量流量最大,R290的最小;换热量相同时,HFO1234yf的质量流量最大,R290的最小。为低GWP工质翅片管式蒸发器的优化设计和系统匹配以及制冷剂的替代提供理论基础。     

非共沸混合工质用于螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统的理论研究

以典型干工质R245fa和典型湿工质R152a为组元的按不同质量比例组成的M1、M2和M3这三种典型的非共沸混合工质,在设定工况下对其应用于螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统性能进行理论研究。针对非共沸混合工质相变时发生温度滑移以及螺杆膨胀机压降小,出口参数高的特性,系统中引入内部回热器。分析结果表明,使用混合工质可拓宽螺杆膨胀机双循环系统的工质选择范围并且混合工质换热过程与变温热源能很好的匹配,从而可以减少传热温差带来的不可逆损失,同时使用混合工质可降低系统工质质量流量;非共沸混合等墒工质在设定工况下循环效率不是最高,但膨胀比最小,可减少膨胀机体积,降低设备制造成本;非共沸混合工质应用于螺杆膨胀机双循环系统时,引入内部回热器能够使循环效率得到明显提高。     

基于R1234yf和R1234ze(E)的电动汽车空调系统的4E分析

为了研究环保型制冷剂R1234yf和R1234ze(E)替代R134a在电动汽车空调系统中应用的可行性,利用EES软件对R1234yf和R1234ze(E)电动汽车空调系统进行建模仿真,对系统进行能量(1E)、(火用)(2E)、经济性(3E)和环境性(4E)分析与多因素评估,并与R134a电动汽车空调系统对比。结果表明：R134a表现出最佳的热经济性能,但R134a的生命周期CO₂当量排放量约为R1234ze(E)或R1234yf的6.5倍和3.67倍,对环境的影响较差;R1234yf和R1234ze(E)的可行性水平值(FL)在不同权重情况下分别大于3.7,3.4,而R134a在不同权重下的可行性水平值FL最小为0.1;R1234yf、R1234ze(E)可作为R134a的替代制冷剂,其中R1234yf更适合作为R134a的替代制冷剂。     

回收船舶柴油机余热的有机朗肯循环系统热力学性能比较分析

利用有机朗肯循环(ORC)系统对某型号船舶柴油机(最大持续功率为996 kW)的余热进行回收,以系统净输出功为指标,对比分析5种不同结构形式的ORC系统的热力学性能,结果表明:回收柴油机排烟余热的基础ORC系统最大净输出功达49.83 kW;增设回热器进一步回收膨胀机出口工质废热后,系统最大净输出功达54.84 kW;...     

R1234yf和R134a的通用性研究及对冰箱压缩机性能的影响

为研究制冷剂R1234yf替代R134a后对冰箱压缩机性能的影响,以及两者在冰箱压缩机使用上的通用性,分别选取标称使用R1234yf和标称使用R134a制冷剂的冰箱压缩机各一台,在同一测试系统下分别使用R1234yf和R134a制冷剂对2台压缩机进行不同工况的测试,测试方法遵循标准GB/T 5773—2016《容积式制冷剂压缩机性能试验方法》的要求,考察并对比测试结果中的制冷量、耗电量、COP、制冷剂质量流量、排气温度以及壳体温度等参数,同时结合制冷剂物性参数进行分析,最终试验及分析结果显示R1234yf与R134a对于冰箱压缩机通用性很高,而且制冷剂替换后对于压缩机本身性能的影响不及对整体制冷系统大。另外,结果还表明使用R1234yf更有利于增加系统的制冷剂质量流量从而提升压缩机本体的制冷量,其负面影响是消耗更大的输入功率,而使用R134a则有利于降低压缩机壳体温度。     

采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

有机工质朗肯循环（Organic Rankine cycle,ORC）能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。     

R134a、R417a和R22用于空气源热泵热水器的性能研究

在焓差法空调器性能测试平台上,对空气源热泵热水器分别用R134 a、R417 a和R22进行各种典型工况下的试验,对3种制冷工质的吸排气压力、吸排气温度、压缩机输入功率、制热量、性能系数进行对比分析,分析验证了各参数随环境工况变化的关系,得出了在不同工况下的各特性参数的变化规律,为热泵热水器的设计及工质选用提供了参考。     

干度对气液两相动力循环理论功率的影响

为探究各类有机工质的干度对螺杆膨胀机气液两相动力循环理论功率影响的差异,选取典型的纯湿工质R152a、纯干工质R245fa以及二者按不同的质量配比所组成的Ca、Cb和Cc三种典型的非共沸混合工质为研究对象。通过改变螺杆机膨胀比RV、工质泡点温度T5等变量,得出系统理论功率Pt与蒸发器出口工质干度x之间的关系。结果表明,相同工况下,湿工质的理论功率Pt要明显高于干工质和等熵工质;所有工质的系统最大理论功率Pmax均随着RV或T5的增大,从高干度区(x=0.9～1.0)移向低干度区(x=0～0.2),所不同的是,RV或T5的变化对湿工质的影响要大于干工质和等熵工质。这说明,湿工质最适宜工作在螺杆膨胀机气液两相动力循环中,从而可以为螺杆膨胀机气液两相动力循环中有机工质的选取提供参照。     

线性唯象传热条件下给定周期的内可逆热机最大功率输出时最优构型

对线性唯象传热条件下给定循环周期的内可逆热机最优构型进行研究,利用最优控制理论得出最大功率输出时热机的最优构型为六分支结构,其中包括两个等温分支和四个最大功率分支,而没有绝热分支.给出各分支过程的时间和热源及工质温度,求出最大功率输出和相应效率.通过计算可知随着高温热源温度的减小,最大功率分支过程时间减小,最大功率输出、所需输入能量和循环效率都减小.随着汽缸容积变化率的减小,最大功率分支过程时间增加,最大功率输出减小,所需输入能量增加,循环效率减小.随着热导率的减少,最大功率分支过程时间减小,最大功率输出和所需输入能量减小,循环效率增加.将所得结果与牛顿传热规律下的结果比较可知两种传热规律下的循环最优构型均由两个等温分支和四个最大功率分支组成,且均不包括绝热分支.两种传热规律下的两个等温分支的温度不同,四个最大功率分支的过程路径也不同.两种最优构型对应的各分支过程时间不相同,最大功率输出、所需输入能量和循环效率均不相同.     

采用涡旋式膨胀机的有机朗肯循环系统试验研究

通过搭建采用涡旋式膨胀机的小型有机朗肯循环(ORC)系统,并使用R134a、R245fa、R22和R32 4种不同循环工质,测试了ORC系统的整体性能以及涡旋式膨胀机特性。试验采用的热源温度为70～110℃,冷源温度为28.5±1℃。试验结果中,系统最高运行效率为6.75%,涡旋式膨胀机进出口的压差相对稳定,为261.2～608.8 kPa,绝热效率为79.30%～99.19%,而工质实际流量仅为理论流量的23.5%～50.6%。     

风力驱动管式致热器流体循环制热性能研究

为了将风能高效转换为热能,提出了一种新型风力驱动管式致热器,流体在管式致热器中循环流动,利用风能直接制热,致热器可兼有储能功能。通过理论分析推导出管式致热器的制热功率计算公式,利用实验关联式对工质进行不同工况分析,得到致热器在工质流经壳程外掠横管工况时热流密度及制热功率最大,每单位工质质量流量所对应的热流密度约为8.56 W/m~2,制热功率约为420.14 W/m~3,大约是工质流经管程准稳态湍流工况时的4倍。为提高系统热效率,在制热与传热两个环节,重点应提升其单位体积制热量或制热的单位面积热流密度值,工质之间传热所需表面积远低于制热所需值。     

有机朗肯循环涡旋膨胀机性能试验研究

搭建了以R123为工质,设计输出功率为3kW的有机朗肯循环涡旋膨胀机试验系统,对涡旋膨胀机在不同工况下的性能进行了试验研究。试验得到涡旋膨胀机的最大输出功率为2.425kW,最高等熵效率为55%。变负载研究中涡旋膨胀机的转速变化范围为1550²165r/min。试验工况范围内,涡旋膨胀机输出功率、总机械效率随负载的增加而增加,转速随负载数量的增加而降低。     

小通道内的冷凝换热模型分析

目前国内外对于大通道内的冷凝换热研究较多,而对小通道内的冷凝换热研究较少,小通道内重力、切应力、表面张力的相互作用与大通道不同,导致小通道内的冷凝换热机理不同于大通道,因此大通道内的冷凝换热模型不能很好地预测小通道内的冷凝换热,而小通道内冷凝换热的研究对设计和优化紧凑型换热器具有重要意义。总结9种小通道内的冷凝换热预测模型,并根据11个独立研究机构的测试结果,收集6种工质(R134a,R32,R22,R123,R410A,R1234yf)的1 183个小通道内的冷凝换热试验数据点。比较各模型的预测结果和数据点发现,各预测模型并不是适用于小通道内所有工质和工况的预测,应根据工质和工况选择合适的模型。GARIMELLA的预测模型对R134a、R32、R22、R1234yf的数据点的预测误差很小,而KOYAMA的预测模型适用范围比较广,大部分工况下误差也是可接受的。     

用于汽油机余热回收的蒸发器计算与试验研究

针对基于朗肯循环的汽油机尾气余热回收系统的特点,采用一种多层螺旋管式换热器作为蒸发器。根据蒸发器的结构和工作特点,在MATLAB中建立了计算模型,得到蒸发器各阶段的换热情况。模拟结果表明,工质流量的增加会导致工质与尾气在蒸发器出口处的温度降低,同时提高了废气利用率。工质的流量与过热度的增加会受换热面积的限制。为了进一步验证蒸发器的性能,建立并运行了朗肯循环余热回收试验。试验结果显示,该款蒸发器的效率最大为89.33%,实际的废气利用率最大为41.93%。     

高压流体做功式有机朗肯循环余热利用系统的性能分析

针对能源的余热利用提出将气液两相喷射器和液轮机应用于有机朗肯循环中形成两种不同于传统有机朗肯循环形式的余热利用系统。对这两种系统进行了(火用)效率与热效率的理论计算和分析,考察喷射器和液轮机对提高系统效率的作用。结果表明,这两种新形式的有机朗肯循环余热利用系统的余热利用效果优于传统有机朗肯循环。在相同的蒸发器出口条件下,将气液两相喷射器取代传统有机朗肯循环的工质泵所组成的有机朗肯循环余热利用系统在三种系统中具有最高的(火用)效率和热效率,分别为57.19%、16.53%;气液两相喷射器和液轮机结合的有机朗肯循环余热利用系统应用范围更广。为余热利用提出了一种新的发展思路。     

7℃工况下R417a和R22用于空气源热泵热水器的试验研究

在7℃工况下对R417a用于空气源热泵热水器进行了试验,并在不同进水温度下对吸排气压力、吸排气温度、消耗功率、制热功率、热效率等方面与R22进行了对比分析.结果表明,7℃工况下混合工质R417a用于热泵热水器时,它的排力压力,输入功率低于R22,制热功率易受水温影响,制热量低于R22,性能系数下降迅速,但平均性能系数比R22略高.     

新型两级压缩热泵中高温工况循环性能分析

中高温热泵系统中在工业领域有广泛的应用,但其排气温度偏高。本文从降低压缩机排气温度角度,设计一种双级压缩新型热泵系统。系统由高低级压缩机、分凝器、两个节流机构等组成。以循环性能较好的两种工质R134a和R152a为系统循环工质,理论分析结果表明:在中高温工况下,新系统工质R152a循环性能系数COP优于R134a,在相同工况下工质R152a循环性能COP比R134a高7%⁸%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有38%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有3¹2℃的降幅。     

基于温差发电—有机朗肯循环联合循环的铝电解槽余热综合利用系统

本文提出了一种基于温差发电-有机朗肯循环(TEG-ORC)联合循环的余热综合利用系统。为充分利用含有多种热源的铝电解余热资源,该系统根据其热源的不同该系统由烟气余热ORC子系统和侧壁余热ORC联合TEG子系统组成,通过模拟计算发现有机工质的选择、蒸发温度、TEG热端温度计塞贝克系数等对余热回收综合系统的性能有着较大影响,因此本文通过对比六种不同有机工质的性能及系统参数进行优化,经过优化,该铝电解槽余热综合利用系统可实现最大输出功率182.35kW,系统循环效率达19.2%。