电驱动低温空气源双作用行波热声热泵

在环境温度低于0℃时,常规空气源热泵会出现压比过高、效率和制冷量急剧下降等问题。为了解决这些问题,提出了电驱动双作用行波热声热泵技术。通过数值计算优化了该新型热泵的结构尺寸,设计出一台电驱动低温环境下运行的双作用行波热声热泵。在环境温度253 K(-20℃),泵热温度323 K(50℃)的条件下,新型热泵的制热系数达到了2.93,相对卡诺效率接近64%,泵热量为4 722.6W,压比仅为1.19。热泵多种运行工况的计算结果表明该热泵能够在效率变化较小的情况下调节泵热量的大小;环境温度和泵热温度的改变对系统的运行状态影响不大;该系统制冷时亦有不俗的表现。双作用行波热声热泵在低环境温度情况下的这些优点使其非常有潜力成为高端热泵技术。     

双作用高温行波热声热泵的热力特性研究

提出了一种双作用热声热泵的流程,利用热声软件DeltaEc模拟计算了在进出口体积流率相位差为120°时各个结构尺寸的改变对系统性能的影响,并对影响其改变的原因做了分析讨论。设计优化了一种高性能高温行波热声热泵,在热端温度为100℃、环境温度为30℃时,其热端泵热量可达1037.7W,热泵系数COP为3.2,相对卡诺效率为59.7%。在此基础上进一步研究了在进出口体积流率相位差在不同值时热泵系统的性能,发现在相位差为129°时,相对卡诺效率可达最高,为60.1%     

热声驱动的气-液双作用行波热声制冷机

提出了一种热声驱动的气-液双作用行波热声制冷机,对其性能进行了数值模拟分析.计算结果表明,在平均工作压力3.0 MPa,发动机定壁温加热温度440℃工况下,系统谐振频率为12.76 Hz,在-20℃制冷温度以及环境温度为27℃的情况下获得0.708 kW制冷量,整机的制冷系数(制冷量除以加热量)为0.512.在350℃、440℃以及550℃定壁温加热下,系统能够达到的最低制冷温度分别为-62.3℃、-68.3℃以及-70.8℃.系统整机相对卡诺效率在制冷温度变化范围内存在最大值.较低的发动机加热温度更有利于系统的热声转换,当发动机加热温度为350℃时,系统在-45℃制冷温度下达到25.30％最大相对卡诺效率.     

回热器工作的热声机理

从热致声的瑞利判据出发，给出了回热器工作的数学模型。据此分析证明了回热器不仅是逆流换热器，而且也是一个热声转换部件，即在纵向声波与横向热量波动的耦合下，可以实现热致声或声泵热或声输热。给出了在理想流体条件下，控制声场条件以调节或控制横向温差，从而改变回热器工作模式的原则方法。进而指出，对于用实际耗散流体的实际回热器，由耗散性质所造成的热声效应截面分布是回热器工作性能的另一决定因素。     

闭式跨临界CO2热泵烘干系统最优工况研究

目的 对跨临界CO2热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO2闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法 通过建立CO2循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO2热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO2热泵循环的耦合机理。结果 获得了CO2循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论 研究表明,在CO2热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。     

修改变温热源热声发动机驱动制冷机性能

为提高环路多级行波热声发动机驱动制冷机系统在变温热源条件下的热功转换性能,使用SAGE软件对不同加热温度的子系统进行解耦计算,分析了热源温度、回热器和谐振管结构尺寸等影响因素,然后根据计算结果对整机系统进行了结构优化。结果表明:优化后整机系统内部声场行波比例上升、部分谐振管中获得了更大声阻抗幅值,但谐振管尺寸的增加增大了声功损失面积;在整机吸热量和谐振管中声功损失量都增加的情形下,整机热声转换效率和相对卡诺效率略微下降,负载制冷机获得了更多声功。     

跨临界CO2双节流阀热泵系统的实验研究

介绍了一种带有双节流阀和平衡储液器控制装置的跨临界CO2热泵系统实验台,针对系统相对功率影响指数和相对制冷系数影响指数进行量化分析,论证了回热器对跨临界CO2热泵系统性能的影响。结果表明:在高压侧压力为10MPa以上,蒸发温度在0℃以下时,带回热器的系统功率相对较低。而蒸发温度在5℃以上,无回热器的系统性能系数将提高3%至5%。这种新的带有双节流阀和平衡储液器控制装置可有效平衡系统高、低侧压力波动对性能的影响。研究结果为跨临界CO2热泵的开发提供了实验依据。     

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％.     

纯电动汽车超低温热泵型空调系统性能试验研究

为解决超低温工况下,纯电动汽车普通热泵空调系统压缩机排气温度过高、制热性能衰减严重,导致系统无法正常供热的突出问题,本文结合现有的低温热泵循环技术和汽车空调系统特点,提出了一种混气型纯电动汽车热泵空调系统,并设计搭建了混气型纯电动汽车热泵空调系统试验台,通过实验对其系统性能进行深入研究。试验结果表明:车外环境温度为10℃时的工况下,该系统制热量较电动汽车普通热泵空调系统制热量提升20%左右;车外环境温度为-20℃时的超低温工况下,压缩机排气温度可控制在60℃以下,系统EER在1.5左右。     

电动汽车用热泵空调系统制热性能的试验研究

基于一款电动汽车空调设计热泵空调系统试验台架,研究不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器系统和三换热器系统对热泵空调系统换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。结果表明,环境温度越高双换热器系统和三换热器系统的换热性能越高,且三换热器系统的性能优势越明显;压缩机转速为5 500 r/min,室外环境温度分别为7℃,1℃和-5℃工况下,三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃,7.2℃和6.1℃,系统COP分别提高15.0%,16.5%和18.2%,电动汽车除霜、除雾的速度提高。     

Study of a coaxial thermoacoustic-Stirling cooler

A coaxial thermoacoustic-Stirling cooler is built and performance measurements are performed. The cooler uses the acoustic power produced by a linear motor to pump heat through a regenerator from a cold heat exchanger to an ambient one. The cooler incorporates a compact acoustic network to create the traveling-wave phasing necessary for the operation in a Stirling cycle. The network has a coaxial geometry instead of the toroidal one usually used in such systems. The design, construction and performance measurements of the cooler are presented. A measured coefficient of performance relative to Carnot of 25% and a low temperature of −54 °C are achieved by the cooler. This efficiency surpasses the performance of the most efficient standing-wave cooler by almost a factor of two.     

关于热声驱动器水冷却器传热和压降的讨论

作为热声驱动器的核心部件,冷却器性能直接影响整机性能.为进一步提高其性能,对两种不同型式的水冷却器的性能进行实验比较并对其各自的热阻和流阻进行分析计算,为今后的改进提供了很好的借鉴.     

Optimal performance of regenerative cryocoolers

The key component of a regenerative cryocooler is its regenerative heat exchanger. This device is subject to losses due to imperfect heat transfer between the regenerator material and the gas, as well as due to viscous dissipation. The relative magnitudes of these losses can be characterized by the ratio of the Stanton number St to the Fanning friction factor f. Using available data for the ratio St/f, results are developed for the optimal cooling rate and Carnot efficiency. The variations of pressure and temperature are taken to be sinusoidal in time, and to have small amplitudes. The results are applied to the case of the Stirling cryocooler, with flow being generated by pistons at both sides of the regenerator. The performance is found to be close to optimal at large ratio of the warm space volume to the regenerator void volume. The results are also applied to the Orifice Pulse Tube Refrigerator. In this case, optimal performance additionally requires a large ratio of the regenerator void volume to the cold space volume.     

Simulation based identification of the ideal defrost start time for a heat pump system for electric vehicles

Resistance heating with PTC elements to cover the heat demand of electric vehicles reduces significantly the cruising range at low outside temperatures. Reversible heat pump systems are one of the most promising solutions for this problem. However, in heat pump mode the frost formation on the exterior heat exchanger reduces the performance and efficiency of the system. Therefore, an efficient defrost method is crucial to benefit from the heat pump also under frosting conditions. In the present paper, a transient Modelica simulation model of a reversible CO₂-heat pump system with hot gas defrost was set up in order to assess the impact of different defrost start times. The model is able to handle frost growth on the exterior heat exchanger as well as defrosting. The simulation results showed an optimal point of time to conduct defrost at chosen operating conditions in order to maximize the average COP including the frosting and defrost period.     

同轴式套管换热器应用于家用循环式热泵热水器的特性试验研究

分析以采用普通高效换热管的同轴式套管换热器为冷凝器的热力特性,并针对其运用在家用循环式热泵热水器的特点,试验研究采用该套管换热器的家用循环式热泵热水器的特性,得到在名义制热工况及冷却水进口温度为30℃条件下,不同水流量所对应的冷凝负荷、功率等特性及性能。结果可应用于家用循环式热泵热水器的开发设计。     

R32经济器系统涡旋压缩机中间补气参数的分析与优化

为了优化带经济器的R32空气源热泵系统的制热性能,结合涡旋压缩机的结构以及实际运行特点,本文利用MATLAB建立了系统的数学模型,并通过实验数据验证了仿真结果,研究了在不同环境温度下系统的补气压力、准一级压缩内容积比对相对喷气量的影响.研究结果表明:经济器系统较普通热泵系统,更适宜在环境温度低于-10 ℃的工况下运行;...     

Measurement of cryogenic regenerator characteristics under oscillating flow and pulsating pressure

This paper describes an experimental apparatus developed to investigate detailed thermal and hydrodynamic characteristics of a regenerator at cryogenic temperature under oscillating flow and pulsating pressure conditions. Cold-end of the regenerator is maintained at approximately 85 K for G-M cryocooler type and 100 K for Stirling cryocooler type operations by means of two cryogenic heat exchangers. At both ends of the regenerator, fine hot wire probes are installed to measure the fast oscillating gas temperature and mass flow rate. The gas temperature sensors installed very close to the ends of the regenerator matrix assure precise gas temperature measurement in the regenerator. In this study, thermal and hydrodynamic behaviors of the well-defined wire-screen regenerator are fully characterized. First, pressure drop characteristics are discussed for different frequencies under room temperature. Second, ineffectiveness of the regenerator is obtained for different cold-end temperatures.     

基于TRNSYS的地埋管换热器系统设计模拟分析

在TRNSYS系统上搭建了地埋管换热器模拟平台.以郑州某建筑为对象,设计了复合式地源热泵系统为该建筑的冷热源系统.根据建筑的动态负荷特性,模拟了以优先满足冬季热负荷要求的地埋管换热器系统的动态热特性,分析了在不同钻孔数量下的系统热特性,并确定了系统的钻孔数量.该模拟设计分析方法可为类似的地埋管换热器系统设计提供参考.