N_2O跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环

将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO_2和N_2O用于跨临界两级压缩膨胀制冷循环的性能.结果表明:N_2O用于跨临界两级蒸气压缩膨胀制冷循环中的综合性能要优于CO_2.在所选定的工况范围内,N_2O系统的C_(cop)值(性能系数)比CO_2最多提高9.6%,当气冷器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的C_(cop)值增加越明显;N_2O系统的最优高压压力远低于CO_2,在气体冷却器出口温度为40 ℃时,最优高压侧排气压力最多降低了16.2%;N_2O系统在排气温度、单位质量制冷量方面也较CO_2具有优势.最后提出通过降低气体冷却器出口温度来提高跨临界带膨胀机制冷循环性能和降低最优高压侧排气压力的观点.     

利用生活废水余热的CO_2热泵系统

为了充分利用生活废水的余热,提出利用生活废水余热作为低温热源的CO2热泵系统,并分析生活废水温度、蒸发温度、气体冷却器出口温度、气体冷却器出口压力、吸气过热度、制取热水温度等参数对CO2跨临界循环热泵系统性能的影响,得出提高蒸发温度、降低气体冷却器出口温度、适当增加过热度会使系统的COP增大,且在生活废水温度为20℃,制取热水温度为60℃,蒸发温度为15℃的工况下,存在最优的气体冷却器出口压力(9.8 MPa),获得最大性能系数(5.5)。CO2热泵的能耗比空气源热泵、电加热器、燃气锅炉、燃油锅炉分别节约38.2%,80.7%,84.8%和82.7%,CO2热泵的年运行费用较低,空气源热泵、电加热器、燃气锅炉和燃油锅炉分别是其1.6倍、5.1倍、2.9倍和5.5倍。     

跨临界CO2两相流引射制冷系统性能实验研究

对跨临界CO2两相流引射制冷系统性能进行了实验,分析了工况及引射器几何参数对系统性能的影响,结果表明:在实验工况范围内,跨临界CO2两相流引射制冷系统制冷量和COP随气体冷却器压力的升高而升高,随气体冷却器出口温度的升高而降低。对于使用不同喉部直径喷嘴的系统,在相同工况下,引射器喷嘴喉部直径较大的系统的性能较好。对于使用不同直径混合室的系统,随着气体冷却器压力的升高,使用小直径混合室的系统COP变化较大;当气体冷却器压力较低时,使用大直径混合室的系统COP较高,而当气体冷却器压力较高时,使用小混合室直径的系统性能较好。在相同工况下,与传统跨临界CO2循环进行比较,两相流引射制冷循环系统COP最大可提高14%。     

跨临界CO2两相流引射制冷系统性能实验研究

对跨临界CO2两相流引射制冷系统性能进行了实验,分析了工况及引射器几何参数对系统性能的影响,结果表明:在实验工况范围内,跨临界CO2两相流引射制冷系统制冷量和COP随气体冷却器压力的升高而升高,随气体冷却器出口温度的升高而降低.对于使用不同喉部直径喷嘴的系统,在相同工况下,引射器喷嘴喉部直径较大的系统的性能较好.对于使用不同直径混合室的系统,随着气体冷却器压力的升高,使用小直径混合室的系统COP变化较大;当气体冷却器压力较低时,使用大直径混合室的系统COP较高,而当气体冷却器压力较高时,使用小混合室直径的系统性能较好.在相同工况下,与传统跨临界CO2循环进行比较,两相流引射制冷循环系统COP最大可提高14%.     

跨临界CO2热泵热水系统试验研究

对跨临界CO2水-水热泵多种工况的循环性能进行试验研究,获得一系列试验数据。试验结果表明,1）跨临界CO2热泵循环在高温热泵领域可得到高于常规热泵系统的制热系数;2）降低气体冷却器出口温度,提高蒸发温度,选择最佳的高压侧压力可有效提高系统的制热系数。最后根据试验结果为今后CO2热泵流程设计提出一些建议。     

闭式跨临界CO2热泵烘干系统最优工况研究

目的 对跨临界CO2热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO2闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法 通过建立CO2循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO2热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO2热泵循环的耦合机理。结果 获得了CO2循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论 研究表明,在CO2热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。     

四种跨临界CO2压缩式热泵系统的热力性能研究

CO2是具有很大潜力的天然替代工质之一,CO2跨临界循环放热过程中具有较大温度滑移,与水侧温升过程相匹配,因此适合用于热泵热水器系统。国内外学者提出了许多提高跨临界CO2循环效率的方法,其中包括引入回热器、喷射器等设备,从不同角度对比分析在常规跨临界CO2热泵系统中引入回热器、喷射器后系统的性能变化。本文在前人工作的基础上,建立相关热力学计算模型,并进一步对四种不同形式的跨临界CO2热泵系统（常规跨临界CO2热泵系统（TCHS）、带回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSI）、带喷射器的跨临界CO2热泵系统（TCHSE）及带喷射器与回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSEI））的性能进行研究,对比分析排气压力一定的情况下四种循环的热力性能;从最优排气压力的角度出发,分析对比不同系统中气冷器出口温度变化对系统最优排气压力和制热系数的影响,以及喷射器等熵效率对系统性能的影响。以上研究为CO2压缩式热泵系统的实用化进展奠定良好的理论基础。     

CO2气体冷却器的熵产分析和优化

基于热力学第一及第二定律，建立了跨临界CO2热泵热水器中气体冷却器模型，对气体冷却器里流体温差传热和摩擦导致的不可逆性进行了分析，在分析的基础上对换热器的结构进行了优化，得出了一定外形和工况下，小管径气体冷却器的最优内部结构。     

CO2热泵热水系统试验研究

为了提高CO2热泵热水系统效率,针对CO2热泵系统跨临界循环特性,采用试验方法研究系统高压压力及回热循环对系统效率的影响。试验结果表明：系统排气压力对循环效率有显著影响,不同工况存在不同的最优压力;采用回热循环能够明显提高系统的制热能力和能效,系统能效最高可提高11%。同时,给出关于CO2热泵热水系统设计的一些参考建议。     

水箱水温对CO2热泵热水器性能影响的实验研究

通过实验对比研究了循环加热和一次加热热水时,水箱水温对CO2热泵热水器性能的影响。循环加热工况时,随着水温的升高,压缩机的进、排气压力逐渐升高,功耗增加;气体冷却器的CO2进、出口温度升高,内侧CO2和外侧水的温差逐渐减小,换热量减小;CO2热泵系统的COP下降。一次加热工况时,进水温度一定,系统的各项运行参数稳定,COP基本保持不变。以水温度17℃为例,系统COP在3.5左右,远远高于循环加热的COP。实验结果表明水箱水温对系统的性能有一定影响。根据实验结果提出了水箱结构改进方案,使气冷器入口水温稳定在较低水平,可有效提高系统的性能。     

The performance of a transcritical CO2 cycle with an internal heat exchanger for hot water heating

The main purpose of this study is to investigate the performance of a transcritical CO₂ cycle with an internal heat exchanger for hot water heating. Performance test and simulation have been carried out for a transcritical CO₂ cycle by varying secondary heat transfer fluid temperatures at evaporator and gas-cooler inlets as well as the discharge pressure. Variations of mass flow rate of refrigerant, compressor power, heating capacity, and co-efficient of performance (COP) with respect to the length of an internal heat exchanger are presented at various operating conditions. Good quantitative agreement between model predictions and experimental results has been found; most parameters have absolute average deviations of less than 4%. As the length of the internal heat exchanger increases, COP is enhanced but heating capacity tends to decrease due to the trade-offs between the effectiveness and pressure drop in the internal heat exchanger.     

中间补气量对经济器热泵系统性能的影响

对带经济器的热泵系统进行了理论分析,建立了整个系统的数学模型,进行了实验研究,研究分析了低温工况下中间补气量对各系统性能的影响。结果表明：在低温环境下,系统的制热量、压缩机功率都会随中间补气量的增加而增加,排气温度随中间补气量的增加而显著减小,系统COP先增加后减小,根据实验结果可知最优的中间补气量,约占环境温度下系统总质量流量的10-14%。     

采用喷水螺杆式水蒸气压缩机的高温热泵设计及性能分析

针对高温热泵的工业需求,设计并分析以水为介质的闭式高温热泵系统,系统引入喷水螺杆式水蒸气压缩机,利用喷水实现压缩机排气为饱和状态,满足工业应用高温升(高压比)的技术要求的同时,克服高排气温度会导致的机械及安全问题。计算结果表明:系统在蒸发温度为90℃,冷凝温度为100℃时,COP高达31.48,压缩机喷水注入比为0.019;蒸发温度为75℃,冷凝温度为100℃工况下,系统COP为5.99,对应的压缩机压比为7,注入比为0.103;压缩机比功率随压缩机压比升高而增加,增加幅度随蒸发温度的升高而增大;系统COP随注入水温度的升高而降低,但变化趋势并不大。     

Modeling and simulation of the transcritical CO2 heat pump system

In this study, a CO₂ transcritical cycle model without imposing any excessive constraints such as fixed discharge pressure and suction pressure is developed. The detailed geometrical variation of the gas cooler and the evaporator have been taken into account. The model is validated with the experimental measurements. Parametric influences on the CO₂ system with regard to the effect of dry bulb temperature, relative humidity, inlet water temperature, compressor speed, and the capillary tube length are reported. The COP increases with the dry bulb temperature or the inlet relative humidity of the evaporator. Despite the refrigerant mass flowrate may be increased with the inlet water temperature, the COP declines considerably with it. Increasing the compressor speed leads to a higher heating capacity and to a much lower COP. Unlike those of the conventional sub-critical refrigerant, the COP of the transcritical CO₂ cycle does not reveal a maximum value against the capillary tube length.     

带约束条件的CO_2热泵热水系统高压控制方程

系统高压的优化与控制在提升跨临界CO_2系统效率方面至关重要。在CO_2热泵热水系统中,传统的高压控制方程中仅考虑了气体冷却器侧的出口温度而忽略实际应用中对出水温度的要求和温度夹点,导致系统性能大大降低。本文针对温度夹点和进出水温等约束的影响,建立了有约束的气冷器模型,并对系统高压进行了优化。采用实验设计以及统计学方法确定影响最优高压的主要因素,通过最小二乘法回归出最优高压控制方程。使用该高压控制方程的系统平均COP损失1.8%,最大COP损失8.7%,可以更好地满足实际应用。     

内压作用下CO2跨临界制冷热泵系统的可靠性分析

根据可靠性理论和材料力学理论,指出了在较高的系统运行压力条件下,影响CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的因素;得出了管路可靠度随其所受内压不同时的变化规律.根据这些影响因素及变化规律,指出了提高CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的途径是:适当的增加管壁厚度,或者加大所选材料的许用应力,或两者同时增大.这些为进一步研究和开发CO2跨临界制冷热泵系统提供了必要的理论依据.     

Simulation of a transcritical CO2 heat pump cycle for simultaneous cooling and heating applications

A steady state simulation model has been developed to evaluate the system performance of a transcritical carbon dioxide heat pump for simultaneous heating and cooling. The simulated results are found to be in reasonable agreement with experimental results reported in the literature. Such a system is suitable, for example, in dairy plants where simultaneous cooling at 4 °C and heating at 73 °C are required. The optimal COP was found to be a function of the compressor speed, the coolant inlet temperature to the evaporator and inlet temperature of the fluid to be heated in the gas cooler and compressor discharge pressure. An optimizing study for the best allocation of the fixed total heat exchanger inventory between the evaporator and the gas cooler based on the heat exchanger area has been carried out. Effect of heat transfer in the heat exchangers on system performance has been presented as well. Finally, a novel nomogram has been developed and it is expected to offer useful guidelines for system design and its optimisation.