单级跨临界二氧化碳带膨胀机循环与四种双级循环的热力学分析

本文对制冷工况下,单级跨临界二氧化碳(CO_2)带膨胀机循环、跨临界CO_2双级压缩无回热器循环、跨临界CO_2双级压缩加回热器循环、跨临界CO_2双级压缩一级节流无回热器循环和跨临界CO_2双级压缩一级节流加回热器循环五种循环的性能进行了分析比较。结果表明:当膨胀机的效率为60%时,在所规定的蒸发温度范围内(-10~20℃),单级跨临界CO_2带膨胀机循环的性能要高于其它四种双级压缩循环。当蒸发温度为5℃时,只要膨胀机的效率大于32%,单级压缩膨胀机循环的性能就高于其它四种双级压缩循环。对于四种双级压缩循环,前两种循环适用于中高温制冷,且回热循环性能较好;后两种带中间冷却器的循环适宜于中低温制冷,增加回热器后性能反而下降。     

3种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究

研制了跨临界二氧化碳热泵热水器实验台,在一定蒸发温度下,分别对常规系统、带回热器系统及带喷射器和回热器系统这3种跨临界二氧化碳热泵热水器系统在制取不同温度热水时的性能进行了实验研究,分析了制热系数、制热量、压缩机耗功量、压缩机压比等参数随热水出水温度的变化趋势,并分析了回热器、喷射器的工作性能,实验结果表明:和常规系统相比,引入回热器后系统制热系数可以提高约10％,引入喷射器和回热器后系统制热系数可以提高约20％.     

跨临界CO2热泵热水器系统的试验研究

介绍带回热器的跨临界CO2热泵热水试验系统。通过改变气冷器水流量对跨临界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:跨临界CO2热泵循环可获得比常规工质要高的出水温度;增加气冷器水流量可有效提高系统的制热系数。     

膨胀机与喷射器跨临界二氧化碳循环比较研究

减少跨临界二氧化碳热泵循环高压截流损失的方案主要有膨胀机和喷射器两种。建立了跨临界二氧化碳节流阀循环模型、膨胀机循环模型和喷射器循环模型。研究了在典型的家用热泵热水器工况下采用不同循环时,气体冷却器工质进出口温度对循环性能和高压侧压力的影响。研究结果表明,气体冷却器工质出口温度低于40℃时,膨胀机循环效率高于喷射器循环;气体冷却器工质出口温度高于40℃时,膨胀机循环效率低于喷射器循环;膨胀机循环与截流阀循环的高压侧压力相同,低于喷射器循环。     

小型制冷装置二氧化碳膨胀机的研究

随着自然工质CO2研究的进一步发展，为了提高系统的COP，采用膨胀机取代节流阀的方法越来越受到人们的重视。首先介绍了采用膨胀的CO2跨临界循环的系统流程，选取典型工况分别对活塞式、螺杆式、转子式和涡旋式膨胀机进行了热力计算，并结合CO2超临界膨胀过程的特点和生产工艺，初步确定了各种型式膨胀机的结构尺寸。通过对比分析各种膨胀机的功率匹配特性，确定了不同应用场合膨胀机的选型原则和技术可行性。在此基础上，重点分析和讨论了适用于小型制冷装置的二氧化碳涡旋式膨胀机。通过初步的结构设计，提出了影响膨胀机性能的关键几何参数，并进行了理想涡旋膨胀机的热力分析，旨在为研究和设计CO2膨胀机样机提供理论依据和设计经验。     

CO_2-C_3H_8复叠低温预冷系统的理论分析及优化设计

设计了一个低温级带回热器的CO2-C3H8复叠制冷循环低温预冷系统(213 K),并进行了低温预冷系统的参数选择和优化设计.该系统高温级循环采用CO2、低温级循环采用C3H8作为循环工质.通过对该系统的理论计算,得出了中间温度、复叠温差及低温级蒸发器冷端温差对系统性能系数的影响曲线;通过进一步的优化分析获得了系统最佳中间温度及对应的系统性能系数COP与复叠温差-低温级蒸发器冷端温差以及制冷温度-冷凝温度的关联式.     

全封闭式涡旋膨胀机在车用有机朗肯循环中的特性研究

本文针对中低温余热特性搭建了2kW目标发电量的小型有机朗肯循环发电系统。实验研究了全封闭式涡旋膨胀机在有机朗肯循环系统中的参数特性。通过改变膨胀机进出口的状态,研究了运行压比和转速对于膨胀机单体及系统性能的影响。性能参数主要包括等熵效率、容积系数、循环热效率及循环净功。结果表明:膨胀机运行压比是影响系统性能的重要参数,循环净功随压比的增大而增加,循环热效率及膨胀机的等熵效率随压比变化均存在最优值;考虑内泄漏及摩擦损失等影响,最优运行压比一般应略大于膨胀机设计比;提高膨胀机转速能有效减少内泄漏损失。     

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跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环研究

摘要针对CO2制冷能效低的特点,本文建立了双级压缩带膨胀机CO2跨临界制冷循环热力学模型,在考虑实际循环中不可逆损失因素影响在基础上,对循环进行了性能系数、热力学完善度和单位制冷量炯损失等指标进行了分析计算,并与双级压缩节流膨胀CO2跨临界制冷回热循环和R22简单制冷循环进行了比较。     

吸收式制冷机的未来形象——作为排热回收机械

将吸收式制冷机作为排热回收机械,本文考虑了许多改进吸收循环。排热回收机械型式的排优顺序是可用于发电的低温发生器循环、低温蒸发器循环和高性能系数循环。再吸收循环、二发生器循环和装有膨胀机的吸收发电循环也属于排热回收机械型式。     

传热不可逆回热式布雷顿制冷机分析

用有限时间热力学方法分析实际隐态制冷装置性能，导出了恒温和变温热源条件下实际闭式回热式布雷顿制冷循环制冷率与压力比和制冷系数与压力比之间的解析关系。考虑了不可逆性包括高，低温侧换热器和回热器的不可逆传热损失，压缩机和膨胀机中的非等熵压缩和膨胀损失，以及管路系统中的压力损失，通过优化两个换热器和回热器之间的热导率分配或传热面积分配可得循环最优性能，由数值算例给出了各项损失对循环制冷率和制冷系数的影响。     

CO2跨临界膨胀机的开发与实验研究

作为自然工质,CO2制冷系统越来越受到关注,然而目前CO2跨临界循环研究面临的最大问题是如何提高系统效率,使之能与普通工质循环竞争。为降低CO2跨临界循环的节流损失,开发膨胀机代替节流阀是研究的重要方向。文中给出开发CO2滚动活塞膨胀机的依据,以及在设计过程中需解决的吸气控制系统、泄漏和摩擦等问题采取的措施,同时建立CO2跨临界循环系统带膨胀机系统的实验装置,并对CO2滚动活塞膨胀机进行实验研究,发现膨胀机的输出功与负载有关,同时得出膨胀机的最高效率可达到32％以上,进一步的改进工作仍在进行。     

CO2跨临界制冷循环膨胀机的开发

开发CO2膨胀机代替节流阀是提高CO2跨临界循环系统性能系数的一个有效途径.根据目前空调制冷CO2膨胀机的研制状况,描述了CO2膨胀机研制过程中的难点,指出研究CO2膨胀机的关键在于解决摩擦和泄漏问题.对自行设计开发的两代膨胀机样机进行了实验研究,发现第二代膨胀机的运行效果明显好于第一代膨胀机.     

制冷空调中CO2跨临界循环方式的分析

为尽快实现制冷空调中CO2对传统工质的替代,克服CO2跨临界循环系统效率较低的缺点,在基本制冷循环的基础上,可以通过应用内部热交换器、闪蒸器、混合器、分离器、膨胀机等部件,采用各种系统循环方式以提高CO2跨临界循环的系统效率并满足不同需要,从而使之达到与传统工质相竞争的比较优势.本文对三种单级循环、五种双级循环和四种联合循环的流程及各种循环提高系统效率的原理进行了综述和分析.     

新型CO2超音速两相膨胀制冷循环的理论研究

本文提出了以Laval喷管为核心部件的超音速两相膨胀机的概念,构建了以天然制冷剂CO2为工质的超音速两相膨胀制冷循环模型并对其进行理想循环热力学分析和模拟计算研究。结果表明：超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对系统制冷性能有影响;在空调温区工况,CO2超音速两相膨胀制冷循环COP为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO2跨临界制冷循环COP的1.63倍,且大幅降低系统压力;气液分离时液相速度损失对系统制冷性能有影响,系统COP由9.56减至6.01,相对卡诺效率由0.95减至0.60,但仍然保持在较高水平。通过初步的热力学分析和模拟计算研究表明,新型CO2超音速两相膨胀制冷循环具有较好的原理可行性和发展前景。     

CO2滚动活塞膨胀机的设计与性能测试

通过对CO2跨临界循环的运行工况分析,确定滚动活塞式膨胀机的设计参数.指出控制泄漏损失和摩擦损失是提高膨胀机效率的关键.采用将发电机与膨胀机同轴联接,测量发电机电功率的办法来测量膨胀机的回收功率.经过CO2跨临界循环水-水热泵膨胀机回收功率测试实验台的运行实验,测定了CO2滚动活塞式膨胀机的性能,并进行了分析,提出了下一步改进的设想.     

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.     

二氧化碳转子式膨胀机的试验研究

为了对所研制的CO2膨胀机的运行特性和运行效果进行探索和研究，建立用于测试膨胀机性能的CO2跨临界循环水一水热泵试验台，在组态王环境下开发系统运行监控软件，实现试验数据的计算机采集与系统的运行监控。试验结果表明：所研制的CO2膨胀机的效率一般在30％～50％。膨胀机对CO2跨临界循环系统COP具有明显的提高作用，在一般工况下大约可以提高20％～40％，所以膨胀机技术是提高CO2系统性能的有效技术措施。     

一种节能环保型复叠式制冷系统

为解决自然工质R290／CO2复叠式制冷循环COP较低的问题，提出采用过热、过冷和用膨胀机代替节流阀的方法。通过热力学分析对比得出，用膨胀机代替节流阀同时过冷的方法可以大大提高R290／CO2复叠式制冷循环的COP。自然工质R290／CO2复叠式制冷循环替代常规工质有很好的前景。     

Regenerated air cycle potentials in heat pump applications

Air (reversed Brayton) cycle has been utilized in the area of refrigeration and cryogenics for several decades, but its potentials in heat pump applications were longtime underestimated. In this paper, a thermodynamic model for the regenerated air heat pump cycle with practical compressor, expander and regenerated heat exchanger was developed. Based on the model, the relations between the system performance and the operating parameters were analyzed. The optimal heating COP (coefficient of performance) and the corresponding pressure ratio were derived. Then, air heat pump cycles (regenerated cycle and basic cycle) and vapor-compression heat pump cycles (CO₂ trans-critical cycle and R410A subcritical cycle) were numerically compared. The results indicated that the regenerated air heat pump cycle not only gets the heating capacity in line with the heating load under different operating conditions but also achieves higher COP over trans-critical CO₂ heat pump cycle in applications of large temperature difference.