容积比及排压对CO2单机双级热泵性能的影响

为了研究排气压力和高低压容积比对跨临界CO₂单机双级热泵热水器制热性能的影响,在不同工况条件下构建考虑压缩机输气系数的中间压力理论计算式并结合实验,以制取50℃热水为前提,分析蒸发温度在-20—0℃、排气压力在7.9—9.2 MPa、高低压容积比在1.0—2.8的范围内,二者对其性能的影响规律。结果表明：随着高低压容积比的增大,中间压力和制热量会不断增大,而制热性能系数缓慢减小;随着排气压力的升高,中间压力随之增大,制热量先迅速增长后趋于缓慢,制热性能系数先增大后降低,存在最优值3.41,且对应的最优排气压力会随着蒸发温度的升高而增大。此结果为合理地选择CO₂单机双级热泵系统高低压容积比及控制排压从而提升其性能提供了指导依据。     

基于余热回收的电动客车喷射补气热泵的制热性能

根据电动汽车热泵在低温下的制热需求并延长车辆行驶里程,开发了车外换热器支路和余热换热器支路并联的余热回收系统并进行了制热性能试验研究。试验结果显示,对于并联余热回收支路的喷射补气式热泵系统,补气支路压力和补气流量均随着余热量的增加而有明显的提升,而吸气主路流量受余热换热器出口过热度的影响。车外换热器支路和余热换热器支路的流量比也呈线性关系,流量比斜率与余热换热器出口相态有关。并联余热回收喷射补气热泵系统的制热性能随余热量的变化受压缩机吸气量和补气量这两个因素的共同影响。在7℃相对较高的环境工况下,余热量的增加有利于制热量的提升但COP没有优势;在-20℃较低的环境工况下,余热量的增加使得补气流量增长较大,但吸气流量衰减严重,对系统的制热性能提升不明显;在-10～0℃的环境工况下,制热量和COP都随余热量的增加而提升较大,-10℃时,1.8 kW余热量条件下的制热量比0.9 kW余热量条件下的制热量增加了11.6%,COP提升9.18%。     

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。     

机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统模拟分析

提出了一种升膜(或降膜)蒸发器与强制循环蒸发器并用的机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统,溶液在升膜(或降膜)蒸发器中蒸发至接近饱和,再进入强制循环蒸发器中蒸发结晶,可减少溶液循环功耗。并以处理量为1 t/h,质量浓度为10%碳酸钠水溶液为例,模拟分析了蒸发温度、压缩机压缩比对制热能效比COP等的影响规律,并以年总费用为目标函数进行优化计算。结果表明:(1)COP随蒸发温度升高稍有下降,随压缩比增大大幅减小,本模拟条件范围内的COP达15~50;(2)本优化条件下,年总费用随压缩比的增大先减小后增加,压缩比在1.3~1.4之间年总费用最低。     

二氧化碳家用热泵热水器试验研究

CO2因为环保及独特的热力学优势,一直是制冷空调领域的研究热点,然而由于其工作压力较高,用于家用热泵热水器的全封闭式CO2压缩机开发较困难。为了验证CO2在热泵热水器上应用的优势以及研究其系统的运行规律,以国产全封闭式CO2压缩机为基础,设计并搭建了空气源CO2热泵热水器测试系统,在进水温度15—50℃,出水温度65—90℃范围内,测试了不同进、出水温度、不同蒸发温度以及不同排气压力条件下,热泵系统的制热量、COP以及排气温度等关键特征,发现CO2能够稳定提供90℃以上热水,在高温制热上优势明显。同时,即使在蒸发温度为-20℃,系统仍然能够平稳运行,表现出较好的低温运行优势。     

变工况双级压缩中间压力及其对系统性能的影响

基于质量与能量守恒方程,以转子压缩机几何模型为基础,建立反映中间压力形成过程的变容量双级压缩系统压缩机动态耦合模型,并利用实验对模型进行了校核。基于模拟和实验结果,分析了中间压力随时间的变化及其变工况特性。结果表明,中间压力具有脉动特性,但脉动幅值相对于时均值较小;在影响中间压力的因素中,低高压压缩机理论输气量比的影响最为显著,冷凝温度的影响明显小于蒸发温度的影响;系统制热量随中间压力的升高近似呈线性增加,而系统制热COP随中间压力升高具有先升高后降低的趋势,且存在最优值。     

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。     

采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵

针对空气源热泵在寒冷地区应用中存在的诸多问题,结合复叠式循环与压缩机直流调速技术,提出一种采用R410A单一工质的复叠式空气源热泵(SC-ASHP)系统,既可以按照传统单级压缩制热（SHC）模式运行,又可按复叠式制热（CHC）模式运行。不同工况下,对SC-ASHP系统在两种不同制热模式运行时的压缩比、排气温度、制热量与性能系数（COP）进行了模拟计算与实验研究,结果表明：低温环境下,CHC模式压缩比和排气温度远低于SHC模式;在冷凝温度46℃,蒸发温度-35℃工况下,CHC模式COP高于1.8,压缩机排气温度低于120℃,高低温压缩机压缩比均不超过5.0,系统可以稳定可靠运行;此外,CHC模式下提高低温压缩机转速可以持续提高系统制热量,满足低温环境下的供暖需求;新系统扩大了空气源热泵系统的应用范围。     

沸点温升影响下机械蒸汽再压缩系统性能研究

以低质量分数氯化镁溶液的蒸发浓缩为例,建立了以竖管降膜蒸发器和离心式压缩机为主要部件的单效机械蒸汽再压缩(MVR)系统数学模型。以对数平均温差来计算传热面积,以蒸发器内的蒸发压力、名义传热温差以及蒸发器出口物料的质量分数为变化参量,研究物料在蒸发器内蒸发时因质量分数增大导致物料沸点温升升高较大的情况下,变化参量对供热系数(COP)、年总费用这2个主要的系统经济、性能指标的影响规律。结果表明:在名义传热温差一定时,COP随蒸发压力的升高而降低,随物料出口质量分数的增加而降低;在蒸发压力一定时,COP随名义传热温差的增大而降低。名义传热温差在2—6℃时,年总费用随蒸发压力的升高而增大;名义传热温差超过6℃时,年总费用随蒸发压力的升高而减小。在蒸发压力一定时,年总费用随名义传热温差的升高而增大;在名义传热温差一定时,年总费用会随物料出口质量分数的增加而增大。     

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。     

带经济器螺杆压缩机油路系统分析及数值研究

对于经济器螺杆压缩机的油路系统进行分析,同时运用EES软件对油路系统进行模拟计算。研究结果表明制冷工质为R22时,不同工况下,性能系数COP随喷油温度的升高而提高,孔径越大喷油孔处的喷油量越大;对于制冷工质分别为R22、R717、R134a时,冷凝温度取308.15K,提高蒸发温度,可以减小功耗、提高COP,同时还可以降低喷油量。但是系统喷油量减少后,压缩机排气温度升高,导致电功率增大,性能系数减小。因此,要合理选择系统的喷油量,需要综合考虑系统的COP和排气温度等因素。     

单缸补气转子式压缩机在热泵系统中制热性能

利用中间补气技术将单缸滚动转子式压缩机应用于空气源热泵系统中,系统地研究以R410A为冷媒的热泵系统在变频、变补气压力工况下制热性能的变化规律。实验结果表明：中间补气系统的制热量及系统功率均随着压缩机频率f、中间补气压力p_inj的增加呈上升趋势,同频率下系统功率则以线性方式增长,而系统制热量随着补气压力及频率的增大,其相对增长率逐渐减小。因此COP_h在低频时存在最佳补气压力,而在高频时无极值点;与单级压缩系统相比,在800~1200 kPa、50~80 Hz范围内,中间补气系统的制热量、功率、COP_h最大提升分别为27.55%、30.75%、7.1%。随着频率及补气压力的增加,系统COP_h下降,因此中间补气技术应与合理的控制策略相结合,可使中间补气系统达到节能高效的目的。     

基于滚动转子式补气压缩机的准二级压缩热泵系统热力学分析

在Tod=-10℃工况下调节压缩机工作频率及补气压力,实验研究R410A单缸滚动转子式压缩机系统的制热性能。试验测试系统采用双电子膨胀阀控制中间补气压力及压缩机吸气过热度。实验研究表明:随着补气压力的增加,中间补气系统的制热量逐渐增大,COPh呈现出先增加而后降低的趋势;而随着频率的增加,系统的制热量升高,系统COPh降低。相对于普通单级压缩系统,中间补气系统的制热量平均增长约26.1%,系统COPh在低频时最大提升幅度约为7.92%,在高频时其能效比相对较低。随着补气压力的增加,闪蒸器气液分离效率降低,部分液态冷媒经中间补气管道进入压缩机,中间补气系统性能降低且易产生湿压缩。因此在满足建筑物热负荷需求的同时,应合理控制中间补气压力及补气量。     

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%。     

基于热源塔的热泵系统构建与试验

为解决水冷冷水机组冬季闲置和空气源热泵冬季制热存在的结霜问题,构建了一种基于热源塔的热泵系统。详细分析了热源塔热泵系统的构成和工作过程,依据所建立的热源塔热泵试验装置进行了不同热源塔溶液进出口温差的制热试验。结果表明:热泵制热量和COP都随着热源塔溶液进出口温差的增大而减小,而压缩机的耗功变化较小,空气与蒸发温度间的温差随之增大而增加;当环境温度为-1.2℃,热源塔溶液进出口温差从1.5℃增大到3℃时,热泵制热COP由3.02降为2.72,空气与蒸发温度的温差由7.64℃增大至11.96℃。整个实验过程中系统运行稳定可靠,避免了空气源热泵的结霜问题,表明热源塔热泵是一种非常具有前景的冷热源方案。     

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℃。     

氨-水-溴化锂三元工质氨吸收式制冷性能

通过试验研究了使用氨-水-溴化锂三元工质对氨吸收式制冷性能的影响。根据现有研究,工质中溴化锂的质量分数设定为5%、10%、15%和20%,试验中发生温度设定为90～130℃,蒸发温度设定为-19～-4℃,冷却水温度设定为22～33℃。通过试验发现,溴化锂质量分数在15%时对COP提升效果最好,发生温度在130℃时性能系数可以达到0.408,蒸发温度在-4℃时性能系数可达0.410,冷却水温度在22℃时性能系数可以达到0.412;而且添加三元工质可以减小精馏能耗且充分利用低品位热能,因此采用氨-水-溴化锂三元工质可以在高效利用热能情况下改善氨吸收式制冷系统的劣势。     

高温吸收式热变换器热力学性能实验研究

建立了一套5 kW溴化锂高温吸收式热变换器实验样机,其最高输出可用热温度超过200℃,温升大于40℃。实验考察了蒸发温度、再生温度、吸收温度和系统温升对系统性能系数COP的影响,其主要部件在150 205℃以高温高压操作,并辅以表面抗蚀技术,有效减缓了溴化锂溶液的腐蚀作用。实验结果表明,随着蒸发温度增加,COP增加;随着再生温度增加,COP先增加后略微减小;随着吸收温度增加,COP先增加后减小;COP随着系统温升增加而减小。     

带毛细管的变频压缩机空气源热泵实验研究

针对家用“煤改电”空气源热泵,提出采用毛细管作为节流元件替代热力膨胀阀或电子膨胀阀,搭建了热泵系统实验装置。研究压缩机不同频率下,不同的毛细管长度对压缩机吸气压力、排气温度和机组制热量等制热性能的影响。实验结果表明,毛细管替代热力膨胀阀或电子膨胀阀后,系统能够长时间稳定运行;毛细管长度为500 mm、压缩机频率为35 Hz时系统制热性能最优,制热量、制热COP获得最大值,而其吸气压力和排气温度适中。     

补气压力损失系数与一级压比对补气增焓空气源热泵性能影响

空气源热泵系统低温适用性问题一直是其在北方拓广应用的制约性因素,带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统是解决空气源热泵低温适用性的有效手段之一。本文建立了带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统的热力学过程数学模型,通过数值模拟研究了一级压缩比和压力损失系数对补气增焓空气源热泵系统特性的影响。结果表明,随着一级压比的逐渐增大,冷凝压力降低趋势平缓,热泵的性能系数逐渐升高,而排气温度先降低后升高,因而存在最佳一级压比。综合压缩机的排气温度和热泵的性能系数,模拟工况补气增焓空气源热泵的最佳一级压比为1.6。补气压力损失系数越大意味着有用功的损失越小,随着补气压力损失系数增大热泵的制热量、耗功逐渐增大,性能系数逐渐升高而排气温度逐渐降低,因此设计时应补气压力损失系数越大越好。