耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶系统热力性能分析

机械蒸汽再压缩（MVR）作为目前最先进的蒸发结晶技术得到广泛关注和应用，本文结合过热蒸汽干燥技术的优势，提出一种耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶干燥系统。基于EES软件建立数值模型，通过系统仿真的方法分析闪蒸压力p_flash、进料浓度c₀、循环倍率CR、换热温差ΔT_mhex等对压缩机能耗W_comp和系统能效系数COP、下降管结晶盐含水率的上限值ω和换热器UA值的影响情况。结果表明：耦合过热蒸汽干燥的MVR系统相比常规系统具有更高的COP、更低的W_comp，并且能够获得干燥的结晶盐；循环倍率CR增大，压缩机压比π降低，有利于提高COP和降低W_comp，但同时换热器UA_mhex值会增大，设备成本增加；系统COP随p_flash的变化关系与循环倍率CR有关，CR较低时，随P_flash的增大，系统COP增大，CR超过某一定值，随着p_flash的增大，系统COP呈先升后降趋势，其最大值在p_flash为40~50kPa；进入干燥器的下降管结晶盐含水率的上限值ω与进料浓度c₀有关，随进料浓度c₀的升高而增大；?T_mhex对MVR系统性能有显著的影响，?T_mhex每增大1K，COP平均降低5.6%、W_comp平均升高5.8%、UA_mhex平均减少14.4%，ω平均升高1.7%。     

双缸滚动转子式压缩机采暖热泵低温制热性能

对双缸滚动转子式压缩机采暖热泵在环境温度（T_od）为-30～0℃,出水温度（T_wo）为41～50℃范围内的制热进行测试。研究表明：外界环境温度对排气温度、蒸发温度影响很大,对冷凝温度影响很小;热水出水温度对冷凝温度影响很大,对排气温度、蒸发温度影响很小。随着外界环境温度的降低,采暖热泵的制热量急剧下降,当T_wo=41℃时,T_od从0℃下降到-30℃,制热量的降幅达62.16%;随着出水温度的升高,采暖热泵的制热量下降缓慢,当T_od=0℃时,T_wo从41℃上升到45℃,制热量降幅仅为5.61%;外界环境温度对COP_h值的影响也显著,当T_wo=41℃时,T_od从0℃下降到-30℃,COP_h值从2.94下降到1.38,降幅达53.06%。双缸滚动转子式压缩机采暖热泵应用于-30～0℃的低温工况下,具有良好的实用价值。     

高温CO2热泵的超临界喷气增焓性能

提出了一种基于高温超临界喷气增焓技术的新型CO₂热泵循环,以显著提升跨临界CO₂热泵在高温循环加热工况下的制热性能。通过建立超临界喷气增焓型高温CO₂热泵系统的数值模型,并采用EES（engineering equation solver）软件对该热泵系统的循环加热性能进行了仿真分析。研究了在较高气体冷却器出口温度下,蒸发温度、压缩机中间压力、气体冷却器压力等参数对单位容积制热量和性能系数（COP）的影响。结果表明：在最优排气压力下,气体冷却器出口温度高达60℃时,该热泵循环的COP也能达到3.0左右;相对于普通喷气增焓系统,COP明显提高;相对于无喷气增焓的常规系统,在气体冷却器出口温度为60℃时,相对补气量为0.3、0.4、0.5的超临界喷气增焓系统COP分别提高了14.8%、21.2%、29.2%;气体冷却器压力和中间压力对系统COP的影响变化趋势一致,但气体冷却器压力的影响更为显著;此外,存在最优的气体冷却器压力和中间压力使系统COP达到最大,在气体冷却器出口温度为60℃,相对补气量为0.4时,最优气体冷却器压力和中间压力分别为13.5MPa和8.5MPa。     

热泵干燥系统E_R及COP的实验研究

以三氟二氯乙烷(R123)为热泵工质,空气为换热介质,通过调节循环风速、辅助电加热和节流阀的开度,测定不同条件下的蒸发温度、冷凝温度和压缩机功率的冷量的有效利用率ER及COP。结果表明:在蒸发温度45℃、冷凝温度85℃、风速6 m/s条件下,COP达到最大值3.3。在蒸发温度30~45℃、冷凝温度70~80℃,COP维持在2以上;在实验温度范围内,ER最小为18.2%,蒸发温度23℃、冷凝温度80℃、风速2 m/s时ER达到最大值71.5%。     

跨临界CO2空气源热泵系统运行性能研究

搭建一套跨临界CO₂空气源热泵系统,研究在不同压缩机运行频率以及排气压力下循环系统的热力性能,通过实验对比分析频率和排气压力对吸气压力、等熵效率、压缩机功耗、排气温度、CO₂质量流量、系统制热量以及制热性能系数COP的影响。结果表明：排气压力不变时,只有吸气压力随着频率的上升而下降,排气温度、CO₂质量流量、系统制热量和压缩机功耗都随之增加。系统COP随着排气压力的增加先上升再下降,随着压缩机频率升高,系统COP减小,最优排气压力升高,在最优排气压力下,系统的COP达到峰值。当压缩机运行频率为80 Hz,排气压力为8.4MPa时,此时最优等熵效率约为0.9,系统COP达到峰值为3.64。     

复叠式热泵高温段实验研究

热泵高温化可以有效拓展其应用范围,复叠式热泵是实现高温热泵的有效方法之一。以R123为高温工质,以喷水模拟干燥脱水过程,实验研究了用于干燥系统的复叠式热泵的高温段。结果表明:热泵的冷凝温度可达到95℃;蒸发温度60℃冷凝温度90℃时,热泵COP达到最大为5.78;在整个蒸发、冷凝温度范围内COP维持在2.2以上,SMER达到4~5 kg/(kW·h),单位干燥介质除水量为0.006~0.012 kg水/kg干空气。     

跨临界CO2双级压缩制冷系统性能实验研究

自然工质CO₂作为制冷剂,替代氨和氟利昂在低温冷库制冷领域受到关注。针对现阶段CO₂制冷系统,其低蒸发温度范围内实验研究较少的问题,搭建了跨临界CO₂双级压缩两级节流制冷系统实验台,通过改变冷凝压力、低压级电子膨胀阀开度、室内温度,研究制冷系统制冷量和COP的变化趋势。研究结果发现：当冷凝压力为8.5 MPa时,制冷系统性能变化明显,随着低压电子膨胀阀开度从50%变化至100%,系统的制冷量增幅17.89%,COP增幅9.7%。随着室内温度从-34℃变化至-20℃,系统的制冷量增幅44.28%,COP增幅33.33%。在低蒸发温度范围内,合理选取系统运行工况对提升系统性能有重要作用。     

单机双级滚动活塞压缩机热泵系统的性能特性

将R410A为工质的单机双级滚动活塞压缩机闪发器系统用于房间空调器,能有效地降低排气温度、提升制冷/制热能力,具有显著的节能效果。通过对单机双级滚动活塞压缩机闪发器热泵系统的分析计算,得出压缩机适宜的高低压腔容积比为4/5。对研制出的样机进行了实验研究,结果表明,在蒸发温度为5℃,冷凝温度为35～45℃的工况下,制冷COP_r最高可达3.81,排气温度低于91℃;蒸发温度为-5～-10℃,冷凝温度为40℃时,制热COP_h最高可达3.38,排气温度低于111℃。     

太阳能蒸汽喷射式制冷机性能

基于对太阳能蒸汽喷射式制冷体统性能的研究,实验以R134a为制冷剂,采用控制变量法,研究了蒸发温度和发生温度对制冷系统的喷射系数、制冷量和COP的影响。结果表明：当冷凝温度和发生温度不变时,喷射系数、制冷量和COP随着蒸发温度的上升而增加。当冷凝温度为35℃、蒸发温度为6℃时,发生温度低于66℃,喷射系数、制冷量和COP都为0;当发生温度大于66℃时,喷射系数、制冷量和COP随着发生温度的上升先增加后减小,当发生温度为84℃时达到最大值,分别为0.223、2.02 kW、0.204。     

热泵蒸汽系统准两级压缩联合过冷器循环的性能分析及优化

为了克服高压比的运行工况对能效系数(COP)、排气温度等热泵系统循环、安全性能的影响,将准两级压缩联合过冷器的循环方式引入经典的热泵蒸汽系统,在低温热源水输入温度固定为65℃、冷凝温度变化区间为115~135℃的工况下,以R245fa为工质,对经典系统及改进系统进行理论循环性能对比,并以取得更高COP为目标对改进系统的补气参数(补气率B)和过冷器参数(热源水过冷率A)进行优化。结果表明:在所考察的冷凝温度区间内,采用准两级压缩联合过冷器的循环方式下的改进系统取得了更好的循环与安全性能,当B和A的典型值分别取为0.4和0.2时,改进系统COP较经典系统平均提高了13.5%,排气温度与压缩比平均降低了1.72℃与19.2%,采用优化过的补气率和过冷率参数后,改进系统的COP可平均提高32.36%。     

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     

数据中心冷却系统多级传热温差分析

数据中心冷却系统将IT器件的产热散发到室外环境中去要经过多级传热,本文采用与温差的方法对多级传热进行分析,结论如下：数据中心冷却为在一定温差ΔT驱动下利用载体将芯片散发的热量搬运到室外的过程,过程中存在着热量采集/传热温差ΔT₁损失以及冷源系统排热温差ΔT₂损失;通过减小芯片散热损失,降低气流掺混损失与换热器损失,降低总传热温差ΔT,实现空调系统充分利用自然冷源,运行在完全自然冷却区;当空调系统在完全自然冷却区域运行热管模式时,重力热管COP最高,液泵热管次之,一般高达40～80,甚至超过400,气泵热管最低,并且气泵是现有制冷压缩机COP最高点,可达15～30;当室内外温差小于ΔT₂时,利用补偿温差原理使得制冷循环更加接近热管循环,实现制冷系统最低能耗运行,为数据中心冷却系统节能减排优化提供新的方法。     

水工质热泵多种循环的理论研究与性能对比

水工质安全、稳定、无毒、不易燃,是一种优秀的高温热泵用制冷工质。为了研究水蒸气热泵系统循环性能,设计了3种具有不同循环方式和辅助设备的水蒸气热泵系统,分别是单级压缩喷水系统、单级压缩带喷射器系统和两级压缩带中间换热器系统。并进行了理论建模与分析,理论分析与对比结果表明两级压缩系统在排气过热度、制热量、系统功耗和COP等方面均具有最优的性能。单级喷水系统比常规循环系统具有更好的性能,尤其是能有效降低排气过热度。在80℃蒸发、140℃冷凝时,常规系统的COP为3.01,而单级喷水系统和两级换热系统的COP分别为3.15和4.07,相比较于常规系统分别提升了4.7%和35.2%。而单级带喷射器系统在大温升工况下比常规循环系统有更优的COP。     

采用自然工质水的高温热泵系统性能分析

面对严重的能源与环境问题,开发节能与环保的新技术一直都是国内外特别重视的研究热点。采用自然工质水的高温热泵系统结合了高温热泵与自然工质水的优势,不仅可以有效地回收低品位热能,而且绿色环保,是理想的下一代高温热泵技术。从理论计算以及实验验证两方面对采用自然工质水的高温热泵系统进行了性能分析研究。结果表明,负压条件下蒸发、正压条件下冷凝的水蒸气闭式热泵循环系统是可行的,同时实验结果表明当压缩机吸气温度为80℃,排气饱和温度从117℃提高到133℃,系统压比从3.47升高到5.94时,采用自然工质水的高温热泵系统COP从5.6下降到3.7。其中压缩机的排气饱和温度为120℃,压比为4.2时,热泵系统的COP接近于5,性能优越,在工业生产中具有较大的推广应用价值。     

重整C9芳烃分馏塔冷凝潜热综合利用新工艺

基于重整C9芳烃分离装置塔顶油气冷凝潜热的特点,分析对比现有换热工艺及几种新的节能新工艺,研究发现,利用二塔塔顶油气生产0.4 MPa饱和水蒸气,二塔塔釜分别设加热热源工艺和分馏塔热集成与塔顶油气生产0.4 MPa水蒸气联合运用工艺,二者节能效果相当,但是后者装置外提供的一次能量较前者小,因此分馏塔热集成与塔顶油气生产...     

太阳能-空气复合热源热泵热水系统

针对光伏发电效率较低和空气源热泵在寒冷地区应用中存在的问题,研发了一种新型复合蒸发器,将平板微热管阵列太阳能光伏光热（PV/T）集热器与空气源热泵相结合,组成新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统。并对该热水系统在不同运行工况下的水箱水温、吸排气压力、压缩机功率和性能等进行了实验研究。实验结果表明,在环境温度分别为5、10和15℃的条件下,热泵加热73 L水,水温从15℃加热到50℃时,双热源运行工况的加热时间比单空气热源运行工况依次缩短了5.14%、10.29%和11.38%, COP依次提高了5.99%、9.28%和11.96%。     

大功率二氧化碳热泵热水系统运行性能

在小功率CO₂热泵热水器的基础上设计与构建了一种大功率跨临界循环CO₂热泵热水系统。在该跨临界循环CO₂热泵热水系统中, 采用二级冷却套管式CO₂气体冷却器、双毛细管并联组合节流及设置回热器等技术途径, 用以提高系统的热力性能。在恒温环境实验室中测试分析了气候参数及运行参数对跨临界循环CO₂热泵热水系统稳态热力性能的影响。各种典型气候条件下系统日平均运行性能的测试结果表明, 根据气候条件合理地选取运行参数, 该系统具有优良的热力性能。系统的制热温度可在60~85℃选取, 在环境温度为4.1~27.3℃的气候条件下日平均性能系数(COP)在3.45~4.04之间。