氯化钙－甲醇化学热泵换向循环过程操作最优化

在文献［１］工作基础上，文内针对可改进循环性能的强制流向周期变换的氯化钙－甲醇化学热泵系统，分别以供热性能系数ＣＯＰ＿Ｈ和制冷功率Ｗ＿Ｌ为目标函数，对系统循环周期，载热介质流率等操作参数进行了计算机最优化研究。结果发现最优操作参数强烈依赖于系统的工况条件以及所追求的性能指标。     

螺旋扁管干式蒸发器的传热性能

对螺旋扁管干式蒸发器(TDE)和常规折流板干式蒸发器(BDE)的传热性能进行实验研究。研究了蒸发温度(Te)、冷凝温度(Tc)、管外壳程流体Reynolds数(Reo)和热通量(qi)对传热性能的影响。研究表明,随着Te、Reo和qi的增大,TDE和BDE的传热性能均提高。随着Tc的增大,TDE和BDE的传热性能降低。对装配TDE和BDE的风冷热泵分别进行了测试,测试表明,在相同制冷工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了36.3%,风冷热泵的制冷性能系数(COP)相应地提高了6.0%;在相同制热工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了41.7%,风冷热泵的制热COP值相应地提高了15.8%;说明TDE可应用于风冷热泵,且其性能优于BDE。     

风冷热泵用新型干式蒸发器的实验研究

针对传统折流板管壳干式蒸发器存在换热性能不佳和阻力大的问题,基于非对称空间传热理念,提出一种新型顺紊流自支撑型干式蒸发器,并将其装配在风冷热泵上进行实验测试研究。测试结果表明:风冷热泵的制冷量为52.33k W,制冷性能系数为2.47,制热量为63.32 k W,制热性能系数为3.0。实验对比配置传统折流板管壳干式蒸发器的同型号风冷热泵,其干式蒸发器的换热面积减少33.3%,制冷性能系数提高6.0%,制热性能系数提高15.8%,制冷剂充注量减少7.1%。     

螺旋扁管干式蒸发器的传热性能

对螺旋扁管干式蒸发器（TDE）和常规折流板干式蒸发器（BDE）的传热性能进行实验研究。研究了蒸发温度（T_e）、冷凝温度（T_c）、管外壳程流体Reynolds数（Re_o）和热通量（q_i）对传热性能的影响。研究表明,随着T_e、Re_o和q_i的增大,TDE和BDE的传热性能均提高。随着T_c的增大,TDE和BDE的传热性能降低。对装配TDE和BDE的风冷热泵分别进行了测试,测试表明,在相同制冷工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了36.3%,风冷热泵的制冷性能系数（COP）相应地提高了6.0%;在相同制热工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了41.7%,风冷热泵的制热COP值相应地提高了15.8%;说明TDE可应用于风冷热泵,且其性能优于BDE。     

热泵蒸煮过程的分析与计算

本文对可应用于蒸煮过程的压缩式热泵和蒸汽喷射式热泵,进行了分析与计算,结果表明在蒸煮过程中采用热泵系统。能收到极显著的节能、节水效益;还表明应以整个供热系统的供热系数和一次能源利用系数来衡量各热泵系统的能量利用性。     

热泵干燥过程中低温热泵补热的应用分析

针对木材干燥中的不利工况,提高干燥系统的可靠性,根据两级压缩制冷循环原理,提出了低温热泵和干燥热泵的耦合应用方案。使用能量的?损失模型,分别对干燥系统进行热量、干燥介质的质扩散和除湿过程的?损失进行分析。在低温热泵20、22、24、26、28、30℃以及关闭低温热泵的供热情况下分别测试计算了干燥热泵压缩机的排气温度与能耗、热泵性能系数(COP)以及热力完善度,同时测得木材含水率下降1%,系统的干燥用时和能耗。结果表明:相比于关闭低温热泵,开启低温热泵后干燥热泵的排气温度最多减少了16℃,COP皆有所提高。由于主机室温度升高后,系统循环的不可逆程度增加,热力完善度随着供热温度增加逐渐降低。开启低温热泵后干燥热泵的供热量和用时比关闭低温热泵最大分别增加44%,减少46%。     

吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能影响因素研究

为提高供热系统的供热能力,以吸收式热泵-太阳能联合供热系统为研究对象,通过分析联合供热系统原理并建立供热系统热力模型,对供热系统性能影响因素进行了分析。仿真结果表明,吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能受多种干扰因素影响,包括聚光型集热器面积和流量、吸收式热泵容量和蓄热水箱容积。其中,增加聚光型集热面积和吸收式热泵容量,减小聚光型集热器流量和蓄热水箱容积,可有效降低平板集热器进口温度,提高平板集热器集热效率,使供热系统供热温度和供热量增加,进而提高供热系统供热能力。     

热泵干燥过程中低温热泵补热的应用分析

针对木材干燥中的不利工况,提高干燥系统的可靠性,根据两级压缩制冷循环原理,提出了低温热泵和干燥热泵的耦合应用方案。使用能量的（火用）损失模型,分别对干燥系统进行热量、干燥介质的质扩散和除湿过程的（火用）损失进行分析。在低温热泵20、22、24、26、28、30℃以及关闭低温热泵的供热情况下分别测试计算了干燥热泵压缩机的排气温度与能耗、热泵性能系数（COP）以及热力完善度,同时测得木材含水率下降1%,系统的干燥用时和能耗。结果表明：相比于关闭低温热泵,开启低温热泵后干燥热泵的排气温度最多减少了16℃,COP皆有所提高。由于主机室温度升高后,系统循环的不可逆程度增加,热力完善度随着供热温度增加逐渐降低。开启低温热泵后干燥热泵的供热量和用时比关闭低温热泵最大分别增加44%,减少46%。     

以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热性能

为了利用垃圾填埋气（LFG）这种可再生能源,减少化石燃料的消耗,提出一种以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热系统,并研究其供热性能。确定了LFG收集系统以及适合沼气机热泵系统的LFG净化方法。所构建的实验平台可经阀门切换,分别研究沼气机排烟余热单独回收利用或缸套冷却水和排烟余热同时回收利用两种模式。进行了系统供热性能的实验测试,并对影响系统供热性能的沼气机转速、冷凝器水流量、冷凝器进水温度等因素进行了分析。实验结果表明：该热泵系统的总供热量随沼气机转速和冷凝器水流量增大而增大,随冷凝器进水温度升高而减小。系统制热系数（COP）和一次能源利用率（PER）均随冷凝器进水温度升高而减小,但其与冷凝器水流量的关系并非单调变化关系。当冷凝器水流量为1.45~1.65 kg·s^-1时,系统供热性能最好;当冷凝器进水温度为35~45℃时,系统的COP最高可达到4.3,PER最高可达到1.48。     

以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热性能

为了利用垃圾填埋气(LFG)这种可再生能源,减少化石燃料的消耗,提出一种以LFG为燃料的空气源沼气机热泵供热系统,并研究其供热性能。确定了LFG收集系统以及适合沼气机热泵系统的LFG净化方法。所构建的实验平台可经阀门切换,分别研究沼气机排烟余热单独回收利用或缸套冷却水和排烟余热同时回收利用两种模式。进行了系统供热性能的实验测试,并对影响系统供热性能的沼气机转速、冷凝器水流量、冷凝器进水温度等因素进行了分析。实验结果表明:该热泵系统的总供热量随沼气机转速和冷凝器水流量增大而增大,随冷凝器进水温度升高而减小。系统制热系数(COP)和一次能源利用率(PER)均随冷凝器进水温度升高而减小,但其与冷凝器水流量的关系并非单调变化关系。当冷凝器水流量为1.45~1.65kg·s-1时,系统供热性能最好;当冷凝器进水温度为35~45℃时,系统的COP最高可达到4.3,PER最高可达到1.48。     

INFLUENCE OF DESIGN AND OPERATING CONDITIONS ON THE SYSTEM PERFORMANCE OF A TWO-STAGE ADSORPTION CHILLER

This article aims at clarifying the possible design and operating conditions for silica gel-water adsorption refrigeration cycles driven by near-ambient temperature waste heat sources (between 45 and 75°C) with relatively small regenerating temperature lifts (15 to 45 K). A two-stage silica gel-water advanced adsorption chiller is introduced and a simulation model of the chiller was developed to analyze the influence of operating and design conditions on the system performance (coefficient of performance, COP, and cooling capacity). It was hypothesized that the proposed chiller can be driven by low temperature waste heat at 55°C to produce effective cooling. Simulation results show that the operating conditions such as cycle time and hot and cooling water inlet temperature have an influential effect on cooling capacity and COP. COP is proportional to cycle time and heat transfer coefficient as well as inversely proportional to the cooling water inlet temperature, while there are optimum values of hot water temperature and silica gel weight for maximum COP. Cooling capacity mainly improves with the addition of silica gel weight and decreases as cooling water temperature increases. Simulation results also revealed that the system performance can be improved significantly by setting the design and operating conditions optimally.     

INFLUENCE OF DESIGN AND OPERATING CONDITIONS ON THE SYSTEM PERFORMANCE OF A TWO-STAGE ADSORPTION CHILLER

This article aims at clarifying the possible design and operating conditions for silica gel-water adsorption refrigeration cycles driven by near-ambient temperature waste heat sources (between 45 and 75°C) with relatively small regenerating temperature lifts (15 to 45 K). A two-stage silica gel-water advanced adsorption chiller is introduced and a simulation model of the chiller was developed to analyze the influence of operating and design conditions on the system performance (coefficient of performance, COP, and cooling capacity). It was hypothesized that the proposed chiller can be driven by low temperature waste heat at 55°C to produce effective cooling. Simulation results show that the operating conditions such as cycle time and hot and cooling water inlet temperature have an influential effect on cooling capacity and COP. COP is proportional to cycle time and heat transfer coefficient as well as inversely proportional to the cooling water inlet temperature, while there are optimum values of hot water temperature and silica gel weight for maximum COP. Cooling capacity mainly improves with the addition of silica gel weight and decreases as cooling water temperature increases. Simulation results also revealed that the system performance can be improved significantly by setting the design and operating conditions optimally.     

双温低品位热驱动新型吸收制冷循环性能

针对传统低品位热驱动CO₂-离子液体制冷系统的制冷效率低等缺陷,从吸收制冷循环基本原理和能量梯级利用原理出发,提出一种双低品位热驱动CO₂-[emim][Tf₂N]吸收制冷系统。为了测试新系统性能,自行搭建双低品位热驱动CO₂-[emim][Tf₂N]吸收制冷实验装置。在定流量的实验条件下进行新系统性能的实验研究。实验结果表明,双低品位热驱动CO₂-[emim][Tf₂N]吸收制冷系统的制冷系数和制冷量随高低温热量比的增大而增大,随高压箱体压力和冷却水入口温度的升高而降低,新系统可制取高品位冷量,还具有较高的效率,制冷效率提高将近50%左右。     

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。     

压缩机和喷射器耦合的双级蒸发喷射循环性能分析

喷射循环和双级蒸发循环都能有效提高蒸气压缩制冷循环COP,因为它们分别降低了由等焓节流和温差传热造成的热力学损失。为了进一步提高循环能效,通过复合使用上述两项节能措施,提出了一种压缩机和喷射器耦合的双级蒸发喷射循环。通过建立新型循环的热力学模型,使用数值计算的方法验证了其显著的节能效果。在特定工况下,双级蒸发喷射循环制冷COP较简单循环、喷射循环和双级蒸发循环分别可提升20.4%、10.9%和7.4%,且该循环在使用多种不同制冷剂时均能获得能效提升效果。     

双效氨水吸收式制冷循环的性能

双效氨水吸收式制冷循环是将高温级的吸收热用于加热低温级发生过程的高效且较简洁的新型复叠循环。通过数学建模对双效氨水吸收式循环在热源温度、冷却水温度、蒸发温度和放气系数等变化条件下的制冷性能系数（COP）等指标进行了分析计算,对双效氨水吸收式循环与传统的单效循环和双级循环的制冷性能系数进行了比较。结果表明,双效循环在冷却水温度低于30℃且蒸发温度高于-15℃的条件下有较高的COP值,但其所需热源温度比其他两种对照循环的高。     

无霜空气源热泵系统冬季运行性能实验

为了解决传统空气源热泵系统冬季运行室外换热器结霜温度,提出了一种溶液除湿型无霜空气源热泵空调系统。该热泵系统在冬季可以无霜高效运行的同时夏季性能也有所提高。通过搭建该系统实验平台,研究了室外空气干球温度、湿度、供热水温度、供热水流量、溶液流量、溶液质量分数、室外空气流量等对冬季工况系统供热性能的影响,还研究了溶液流量、溶液温度、室外空气流量等对冬季工况系统再生性能的影响,得出了室外空气湿度、溶液质量分数对系统的供热性能影响较小,随着室外空气干球温度、供热水流量、溶液流量、室外空气流量等参数的升高和供热水温度的减小,系统供热性能逐渐增大最高可达3.11,而随着溶液流量、空气流量等参数的升高和溶液温度的减小,系统再生性能逐渐增大最高可达4.03,系统供热综合COP在实验工况相较逆循环除霜系统有所提升,实验验证了该系统适用于低温高湿地区。     

A Multi-Criteria Study of Optimal Working Fluids for High Temperature Heat Pumps

A bi-objective optimization with respect to coefficient of performance (COP) and volumetric heating capacity (VHC) is performed for a high temperature heat pump. For fixed temperature levels of the heat source and sink, the values for temperature in the evaporator and condenser as well as the degree of vapor super-heating and condensate sub-cooling are optimized. Constraints are placed on the minimal pressure in the evaporator, the maximal pressure in the condenser and the compressor discharge temperature. Results are presented for a one-stage and a two-stage heat pump cycle. Cyclobutane and several butene isomers are identified as working fluids with a good compromise between COP and VHC from a CoMT-CAMD approach based on PC-SAFT and a realistic model for the ideal gas heat capacity.     

带引射器的跨临界CO2机械过冷热泵系统性能分析

热泵循环中引射器的使用能减少能量损失,改善循环性能。在已有机械过冷循环的基础上加入引射器,本文提出主循环带引射器［MSHPS（MWE）］和辅循环带引射器［MSHPS（AWE）］的跨临界CO₂机械过冷热泵系统。通过建立热力学模型,对系统使用散热片（TDR）、地盘管（FCR）和小温差风机盘管（STD-FCU）3类不同末端的性能进行分析。将该系统与CO₂基本系统（BASE）、CO₂机械过冷系统（MSHPS）进行了对比,并选取了我国4个典型气候城市,对其供暖期间的运行进行了季节供热性能系数（HSPF）分析。结果表明,在额定工况下,机械过冷系统均存在最优主、辅循环排气压力和最优过冷器出口温度,使系统性能系数（COP）最高;其中以STD-FCU为末端的系统具有最高COP。通过与已有系统的对比,表明在额定工况下,MSHPS（AWE）和MSHPS（MWE）较BASE系统的COP最高分别能提升约21.18%和26.66%,较MSHPS最高能分别提升约2.62%和9.53%,MSHPS（MWE）具有更好的性能提升效果。MSHPS（MWE）系统在严寒工况下仍能运行,带引射器的系统在不同温区均具有更高的HSPF。以哈尔滨为代表的严寒地区的HSPF改善效果最明显,以TDR为末端的系统更适用于高纬度的严寒地区,以STD-FCU为末端的系统更适用于低纬度的地区。此外,辅循环工质的种类会影响系统的整体性能,MSHPS（AWE）中使用CO₂的提升效果最好, MSHPS（MWE）中使用R717的提升效果最好。使用混合工质R32/R1234yf的系统具有更高的COP,但提升效果并非最优。     

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。