混合室直径对带喷射器的跨临界CO2热泵性能影响

通过在跨临界CO₂系统中引入喷射器是回收系统节流损失的有效手段。实验研究了混合室直径分别为1.2、1.4、1.6 mm时,对带喷射器的跨临界CO₂热泵整体性能以及喷射器自身性能的影响。整个实验中热水进口温度、蒸发温度不变,热水出口温度作为比较基准,在实验中为变量。结果表明,混合室直径对压缩机排气温度影响较小,而其对压缩机排气压力影响较大,当混合室直径为1.6 mm时,压缩机排气压力最小;当混合室直径为1.6 mm时,系统制热系数最高。     

跨临界CO2热泵系统的喷射器特性

在自行研制的跨临界CO₂热泵热水器实验台上,通过调节系统中阀门开度控制喷射器的进出口压力和温度,研究喷射器的流量、喷射系数、压缩比和效率的变化规律。实验结果表明:同时增大工作流体压力和引射流体压力可以提高喷射器的工作性能,减小工作流体压力或者增大引射流体压力可以提高喷射器的工作完善度。高效率喷射器的研制是优化跨临界CO₂热泵系统的关键要素。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明：蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明:蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

数据驱动的跨临界CO2热泵多目标优化设计

针对跨临界CO₂热泵成本过高与占用空间大等问题,提出了一种基于经济性与实用性的数据驱动跨临界CO₂热泵多目标优化设计方法。本文通过对跨临界CO₂热泵进行性能模拟获得大量的驱动数据,然后经由BP神经网络构建跨临界CO₂热泵的热力学预测模型,并且从投资、运营、环境以及空间占用等多角度建立跨临界CO₂热泵的多目标优化模型。最后以住宅用户最关心的总年度成本与水箱容积为设计优化目标,通过精英策略非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）与TOPSIS决策法进行最优设计方案求解。案例研究表明,占用空间小、总年度成本低的最优设计方案的水箱体积为0.235m³、总年度成本为958.1USD/a。且通过分析设计参数对优化目标的影响,发现水箱保温层厚度的影响主要集中在一个较优区域,水箱直径与高度的影响较大,而气冷器换热温差的影响较小。     

CO2跨临界循环系统性能影响的研究进展

CO_2因其优良性质被认为是最具有潜力的长期热泵替代工质。然而,实际应用中CO_2循环系统大多采用跨临界循环,其高压侧压力比常规系统要高很多。为了解决这一问题,一些学者尝试将性能优异的冷媒与CO_2组成混合制冷工质应用于CO_2跨临界循环系统中。从国内外CO_2跨临界系统的研究及应用现状出发,总结了当前典型的CO_2混合工质跨临界制冷循环系统,并概述了不同种类添加剂对CO_2热泵系统性能的影响,为CO_2跨临界系统的进一步研究和应用提供了参考和依据。     

CO_2入侵包气带对土壤热参数的影响

CO_2地质储存是一种缓减碳排放行之有效的途径,但是逃逸的CO_2入侵包气带将带来土壤热性质的变化。土壤包气带热参数直接控制着大气环境和土壤的热量交换,进而影响土壤的生态环境。为了研究土壤包气带热参数对高浓度CO_2的响应规律,采用人工模拟CO_2在包气带中泄漏的方法,通过检测CO_2在土壤中的扩散规律并通过测试土壤含水率、干容重及热参数来研究CO_2对土壤热性质的影响。结果表明:在实验设定的CO_2浓度范围内,从低区到高区随CO_2浓度升高,包气带热导率平均值由0.9 W/mK减小到0.5 W/mK,体积热容量由1.5减小到1.2 MJ·m~(-3)·K~(-1);低浓度区土壤包气带体积热容量对CO_2的敏感性高于热导率;不同CO_2浓度影响了体积热容量与含水率的线性关系,低浓度区具有最好的线性关系,线性回归相关系数R2为0.741 9。在设定的CO_2浓度梯度内CO_2对土壤包气带热参数的影响有特定的规律,为研究CO_2对土壤包气带热量传递奠定了基础。     

双温低品位热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统的性能

在能量梯级利用的基础上,建立了双温热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统,针对该系统的特点构建了相应数学模型,分析了各关键参数对系统性能的影响.结果表明,在一定条件下,与使用相同工质对的传统吸收制冷循环相比,本工作提出的系统性能系数(COP)最高增加50%.     

跨临界CO2两相流可调式喷射器的流动模拟和性能分析

作为CO₂制冷/热泵系统重要的节能部件,喷射器的工作能力对系统性能的提升有着重要影响。尽管CO₂喷射器的结构简单,但其内部流动十分复杂,包含非平衡相变、跨声速和马赫波等物理现象。为此,本研究建立了用于CO₂两相流模拟的均相弛豫模型(HRM),通过实验数据验证了模型的可靠性,并以此开展了对可调式喷射器的数值研究,分析了有无探针、探针位置和工况变化对可调式喷射器性能和内部流动的影响。研究结果表明,探针增加了一次流的不可逆损失,同时也改变了喷嘴出口一次流的膨胀状态;通过探针调整喷嘴喉部面积,提高了喷射器适应不同工况运行的能力,使喷射器在不同工况下保持最佳的运行状态;与固定式喷射器相比,可调式喷射器效率平均提升10.74%。     

CO2/HCs混合工质亚临界与跨临界循环的性能分析

为了研究CO₂/HCs混合工质应用于热泵系统的性能,建立单级带节流阀亚临界循环和跨临界循环数学模型,分析了CO₂/R170,CO₂/R1270,CO₂/R290,CO₂/RC270 4种混合工质的特性、不同混合工质配比对循环制冷系数COP和高压压力的影响,以及蒸发温度和冷凝温度对循环性能的影响。结果表明：在亚临界循环中,性能最好的是CO₂/RC270,COP_c峰值为2.92,COP_h峰值为3.92,质量比在0.1/0.9左右,COP_c和COP_h分别比其他2种工质高出了9%、26%和7.1%、18%。在跨临界循环中,CO₂/R1270当质量比为0.96/0.04时,COP_c最大值为3.2,COP_h最大值为4.2; CO₂/R290能有效降低高压压力,当循环的高压压力在7.5 MPa下时...     

CO2充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响

试验研究了CO₂充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响.研究表明：CO₂充注量对跨临界制冷系统的性能影响很大,存在一个最佳的CO₂充注量,此时COP最大;CO₂充注量不足,会导致制冷量和COP降低,CO₂充注量过多,会导致压缩机耗功大幅度上升;制冷循环随CO₂充注量的不同,具有6个特征明显的工作循环.根据这些表现特征,提出了用4个参数作为判断CO₂充注量是否合适的特征参数.为确定跨临界制冷系统的最佳充注量、对系统进行优化设计和高效运行控制提供了参考.     

结构尺寸对液-液喷射器湍流混合性能的影响

建立了液-液喷射器的实验装置,并利用平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)技术研究了喷射器不同结构尺寸对湍流混合性能的影响。对三种不同混合室直径/喷嘴直径的喷射器进行了研究,利用CCD相机获得了喷射器内二维时均浓度场图片,并通过图片处理获得了浓度场。在此基础上利用离析度(intensity of segregation,IOS)的概念得到了不同结构参数下混合长度的变化规律。结果表明:引流/射流比值越小,混合效果越好,完成混合所需要的距离越短;在低引流流量下,混合室入口直径/喷嘴直径比值越大,混合效果就越好,混合效果与射流流体的压力损失成正比。     

中间完全冷却CO_2跨临界双级压缩节流循环

双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流(STDC循环)和两次节流(DTDC循环)。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩(STSC)节流循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。     

热储上下岩层热补偿作用对CO_2羽流地热系统性能的影响

二氧化碳羽流地热系统(CPGS)能够在直接开采地热的同时实现CO_2的地质封存,热储上侧和下侧岩层的热补偿作用是影响CPGS性能的重要因素。建立了三维盖岩-热储-基岩整体模型,研究了热补偿作用对CPGS采热性能及热储内岩石和流体温度演化过程的影响,为优化CPGS设计、提升CPGS的系统经济性和工程应用提供了理论参考。研究结果表明:热补偿作用减小了生产流体在竖直方向上的温度差异及系统运行后期生产流体温度下降的速率,有效延长系统运行寿命,使系统获得更好的采热性能和更稳定的产能输出;考虑热补偿时系统总热开采量明显提高;与盖岩相比,基岩的热补偿作用更强。     

气冷器出口状态对跨临界CO2热泵系统性能影响的研究

跨临界CO_2热泵因其出色的环保性和节能性在近年来得到了国内外的广泛关注。由于CO_2工质特性的影响,工质的气冷器出口状态对系统性能的影响很大。针对带回热器的空气源跨临界CO_2热泵热水系统,通过调节节流阀开度来改变压缩机排气压力,对工质气冷器出口状态的变化规律及其对系统产生的影响进行了实验研究。结果表明:在一定的排气压力范围内,气冷器工质出口温度先短暂升高,然后快速下降,最终趋于稳定。受到气冷器工质出口状态变化的影响,系统制热性能系数(COP)存在最优值。当气冷器工质出口温度接近进水温度后,系统达到最大制热量。此外,控制适宜的气冷器工质出口温度可以使系统的COP和制热量均取得较大值。研究结果对带回热器的跨临界CO_2热泵系统的设计和深入研究具有参考意义。     

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究。重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异。研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小。     

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究。重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异。研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小。     

喷射器出口结构对反应器混合特性的影响

喷射反应系统中喷射器的流体出口结构严重影响反应器内液液混合特性。为了考察喷射器出口结构对喷射反应器内部液体速度分布规律的影响,文中设计了5种出口结构的喷射器,利用粒子图像测速仪(PIV)对喷射反应器内部流场进行了测量;利用摄像法和数字图像处理技术记录和分析正己烷与水的混合过程,得到反应器内液液混合体系在不同喷射器和不同循环流量下的灰度变化曲线。由结果可知:在正己烷-水液液体系混合过程中,反应器内的液液混合时间、混合均匀程度和混合死区的位置均与喷射器出口结构紧密联系。四侧开孔喷射器的混合时间比两侧开孔的减少了50%左右,2排孔喷射器流出的两股流体会发生碰撞,产生的涡量极值比单排孔增加了45%,较有利于液液混合。另外,当实验中循环流量达到一定值之后,它对反应器的液液混合性能影响将不再明显。     

CO_2浓度对氢氧化钙碳化性能的影响

碳化时间及CO2浓度,显著影响氢氧化钙的碳化特性。本试验中,保持CO2压力为0.2 MPa、用水量为10%,控制CO2浓度变化范围为10%~99%,碳化时间为5 min~24 h。试验结果显示,在同一CO2浓度下,随碳化时间延长,氢氧化钙碳化速率逐渐提高,试块强度也不断增加;而随着气体浓度的不断增加,氢氧化钙的碳化速度也不断增加。研究发现,在试块达到相同碳化程度时,试块在低浓度CO2气体下的碳化强度要高于高浓度气体条件下的碳化强度。对碳化样品的XRD分析表明,碳化产物中仅含有方解石型碳酸钙。     

自然工质种类对喷射器性能的影响

依据索科洛夫提出的喷射器经验公式的计算方法,优化设计2种不同结构尺寸的喷射器,在此基础上搭建了用于测量喷射器性能的实验台,研究自然工质种类对喷射器性能的影响。当喷射器的背压为3.9 MPa、工作流体温度为90℃、引射流体温度为30℃、工作流体压力的变化范围为8.0—10.0 MPa,引射流体压力变化范围为2.4—3.0 MPa时,对系统中喷射器喷射系数随工质种类(分别采用N_2,CO_2,R290)的变化规律进行了实验研究。实验结果表明:3种工质的喷射系数随工作流体压力和引射流体压力的升高而升高,并且在实验范围内以N_2为工质的喷射器喷射系数最大。