发动机尾气余热驱动的吸附式空调系统仿真与测试

针对在高太阳辐射地区,柴油车驾驶室内使用车载空调会增加车辆发动机的耗油量、降低柴油车经济效益的问题,搭建了一套由发动机尾气余热驱动的吸附式车载空调系统。系统由填充有氯化钙/氯化锰/硫化膨胀石墨复合吸附剂的吸附床、蒸发器、冷凝器、储液罐和阀门组成,使用氨作为制冷剂,利用车辆在行驶时接触到的自然风为吸附床冷却,在发动机尾气余热的驱动下,为驾驶室内提供连续的制冷效果。结合仿真和实验测试,对所设计系统的制冷性能进行了分析,仿真结果表明,系统最优循环时间为45 min,系统的理论平均制冷功率可达3.5 kW以上,系统COP处于0.2～0.25之间。实验结果表明,在230℃的尾气温度条件下,系统能产生3 kW的平均制冷量。在40℃环境温度条件下,系统在蒸发器进出口处的平均温差为6.5℃,平均制冷量为3.2 kW。     

有机朗肯循环系统最佳蒸发温度和分析

随着能源问题日益突出,低温烟气余热深度利用成为了研究热点领域。其中,有机朗肯循环是实现低品位余热转换为电能的一有效途径。基于热力学基本定律,以有机朗肯循环系统最大做功能力和效率为目标函数,计算分析了10种不同工质在亚临界状态下以上两种目标函数的特性。结果表明,每种工质均存在一最佳蒸发温度使循环净输出功最大,而且工质临界温度越高,对应的最佳蒸发温度也越高;热源温度相同时,系统效率随窄点温差增大而减小;同一窄点温差时,当热源温度不超过临界温度两倍的窄点温差时,效率有一最大值;反之,则随蒸发温度升高不断增大。这些将为有机朗肯循环工质选择和性能优化提供理论指导。     

小管径重力热管启动特性

实验研究了小管径重力热管启动过程特性,分析了加热功率、倾角、冷却水流量对热管启动特性的影响。实验用热管为铜水重力热管,外径8 mm,壁厚1 mm,总长1500 mm。结果表明,随加热功率增大,热管启动时间缩短,当量热导率到达稳定的时间缩短。在倾角为60°时热管启动特性要优于在30°和90°时的情况,90°时启动温差最大、启动时间最长。冷却水流量在10 L·h^-1时,热管启动温差最大,启动时间最长,当量热导率稳定得最慢,而在其他流量下时,热管的启动温差和启动时间大小关系均为10 L·h^-1＞40 L·h^-1＞20 L·^h-1＞30 L·h^-1。     

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。     

制冷剂充注量对微通道蒸发器换热性能影响的实验研究

以微通道换热器作为柜式空调蒸发器,设计并加工了微通道蒸发器(MCE,扁管和翅片均为铝材),搭建实验测试系统。研究了三种入口形式(Z-Inlet, Y-Inlet, U-Inlet)、五种制冷剂充注量(800~1600 g)下微通道蒸发器的表面温度分布、制冷量(Q)、输入功率(Pin)和能效比(EER),并与管翅式换热器(FTE,铜管-铝翅片)进行对比分析。结果表明,Z-Inlet形式MCE内部制冷剂行程基本相同,流量分配较均匀,其表面温度分布比较均匀,换热效果最佳;Z-Inlet形式MCE的制冷量和EER最高,与另外两种形式相比,制冷量和EER最高分别提高了8.8%和5.7%;MCE的制冷量和EER比FTE大,制冷量平均超出了11%,最高达13.3% (约600 W),EER平均提升了9.36%,最大约为12.4%;此外MCE的EER达到峰值对应的制冷剂充注量与FTE相比减少了200 g。     

均流腔对微通道内沸腾流动传热的影响

针对平行微通道散热器的沸腾流动不稳定性问题，以R134a制冷剂为工质，研究了内圆弧过渡形均流腔微通道散热器(MC-C)与传统方形均流腔微通道散热器(MC-S)的沸腾流动与传热特性。结果表明，与MC-S微通道相比，MC-C微通道入口均流腔减小了对工质的流动阻力，出口均流腔促进蒸气从散热器中排出，MC-C微通道的各微流道中的流型更加均匀。MC-C微通道沿程壁面温度先增大后减小再增大，MC-S微通道沿程壁面温度先减小后增大，相同工况下MC-C微通道可以实现更低的壁面温度。两种均流腔结构微通道的传热系数随质量流量增大而增大，随热流密度增大而增大；相同工况下MC-C可以实现更高的传热系数。当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道的壁温最大降低了2.8℃；质量流量G=572 kg/(m2·s)时，随热流密度升高，MC-C微通道较MC-S微通道的沿程最大温差最多降低了2.2℃；当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道平均传热系数最大提高了20.2%。     

有/无泵辅助板式蒸发器环路热管系统性能的实验研究

实验研究了泵辅助和无泵辅助板式蒸发器环路热管系统的启动特性、不同热流密度下系统内工质的流动传热特性和热效率,以及在一定热流密度下不同泵功率对泵辅助板式蒸发器环路热管系统的影响。结果表明:无泵辅助系统需蒸发器内产生气态工质后才开始运行并进行换热,冷凝器内的工质是相变换热,而泵辅助环路热管系统一经启动就开始运行并进行热量交换,冷凝器内的换热方式逐渐由显热换热转变到相变换热;无泵辅助系统热效率随蒸发器热流密度的升高而升高,而泵辅助系统随蒸发器热流密度的升高而降低,泵辅助系统整体热效率高于无泵系统;当热流密度为0.25 W·cm~(-2)时,泵辅助环路热管热效率较无泵辅助环路热管热效率高22.1%,而当热流密度为1.25 W·cm~(-2)时,泵辅助系统仅比无泵辅助系统高2.7%,说明当热流密度较小时,泵辅助系统更具优越性;对于泵辅助环路热管系统,系统热效率随着泵功率的增加而减小,在1.25 W·cm~(-2)热流密度下,适用的泵功率强度不应超过0.002 W·cm~(-2),表明系统热流密度与泵功率存在最优匹配。研究结果可为设计分离型平板式太阳能热水器及热沉散热器提供参考。     

基于R124-DMAC为工质对的余热吸收式制冷

设计并搭建了制冷量为3 kW、以R124-DMAC为工质、采用电热高温空气模拟发动机排气废热的空冷鼓泡吸收制冷实验系统,通过改变热空气进口温度、冷冻水温度和浓溶泵流率测试系统工作参数的变化趋势。实验结果表明,当发生器稀溶液出口温度约为100℃时,蒸发温度为-4℃,系统COP值最大可达到约0.54,而且实验系统稳定性较好;影响系统制冷量和COP值的主要参数是热空气进口温度和冷冻水温度;当蒸发温度低于5℃时,为了提高制冷效果需考虑设置精馏装置。     

双面蒸发器环路热管的瞬态特性

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm^-2,而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。     

强化相变驱动的环路热管蒸发器可视化实验台建立及实验

以研究强化相变驱动的环路热管的传热机制为目的,设计了一种带有相变空间的新型结构可视化平板热管蒸发器,实验研究了相变空间高度对热管蒸发器启动时间的影响与加热功率对其启动传热特性的影响,并观察了启动过程中工质在相变空间内的相变特性。实验结果:在不同相变空间高度情况下,实验蒸发器系统的启动时间存在明显差异,当相变空间为1mm时,系统启动时间较短,工质不易出现干涸现象。并且在启动加热功率不同时,系统启动热阻也不同,更高的加热功率对应更低的整体热阻。通过可视化实验的观察与分析,为建立环路热管相变驱动机制的可行性研究奠定了基础,为建立描述这一驱动机制的数学模型提供了实验依据。     

MnCl2/CaCl2-NH3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl₂/CaCl₂-NH₃为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明：160℃热源温度为制冷性能系数（COP）的拐点温度,最大制冷功率为2.98 kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率（SCP）为100.3~338.8 W·kg^-1。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

回路热管微通道换热器蒸发冷却实验

采用微通道换热器作为数据中心回路热管冷却换热器,在微通道冷凝器侧进行了蒸发冷却实验。实验利用焓差平台测量了不同因素对采用蒸发冷却技术的微通道冷凝器换热影响,并分析了室内外不同温差、室外不同湿度条件下采用蒸发冷却的微通道冷凝器及蒸发器的进出口空气温差。实验结果表明：采用蒸发冷却可使冷凝器入口空气温度实现大幅温降,并增加冷凝器及蒸发器的进出口空气温度差值,喷淋后可使流经热管空气降温0.3～1.9℃,增大2%～20%的系统换热量,冷凝器换热效率得以提升,并可扩大回路热管换热器使用地区,延长回路热管年利用时间。     

硅胶-水吸附式冷风机组的设计及性能实验

吸附式冷风机组无须冷水回路和冷水泵，可满足小型化的应用需求。针对一种由2个吸附床，1个冷凝器和1个热管型的蒸发器的硅胶-水吸附式冷风机进行了实验研究，确定了机组的动态运行特性，探讨了热源温度、冷却水进口温度和冷风出口温度对系统性能的影响。实验结果表明，机组能够有效利用60～90℃范围内的低温热源，可提供0.84～2.29 kW的制冷量，系统的COP在0.26～0.43之间。     

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。     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷（热）水模块机组制冷性能的影响

为了研究出水温度对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷（热）水模块化机组制冷性能的影响,对5台制冷量60 kW该类机组在蒸发器冷冻水出水温度5～12℃、环境干球温度25～42℃、相对湿度40%变工况条件下进行实验。得出机组制冷量在54～71 kW之间,消耗功率在17.2～22.2 kW,制冷COP是2.55～3.84,以及冷冻水出水温度对机组制冷量、输入功率和COP值的一系列变化规律,这些规律为风冷热泵冷（热）水模块机组的节能运行和优化设计提供了依据。     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组制热性能的影响

为了研究出水温度变化对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷(热)水模块化机组制热性能的影响,对5台名义制冷量和制热量分别是60kW和64kW该类机组进行实验研究,实验工况是变工况,其出水温度是39～50℃、环境温度-10～13℃、相对湿度90%。实验得出制热工况时出水温度在39～50℃范围内,机组制热量是34.6～78.8kW,消耗功率是16.2～22.2kW,COPh值是1.77～4.20,以及得出出水温度对机组性能参数的影响规律,这些规律为风冷热泵冷(热)水模块机组的节能运行提供了依据。     

辅助冷凝器冷却水量对闭式热泵干燥系统性能的影响

针对目前工业生产中金属件清洗干燥工艺中常用干燥方式存在能耗高且环境不友好的现状,提出并建立了一种采用直接串联式辅助冷凝器的闭式热泵干燥系统。基于所搭建的性能测试台,实验研究了流经辅助冷凝器的冷却水量这一关键参数对系统运行工况参数、制热/制冷量、系统功耗、性能系数（COP）以及单位时间除湿量（MER）和单位能耗除湿量（SMER）等性能参数的影响。结果表明：冷却水量为30.6kg/h时,冷凝器出风温度达72.8℃;随着冷却水量的增大,系统制热/制冷量、功耗、冷凝器出风温度及MER均呈现下降趋势,COP维持在5.6左右;MER最高可达3.80kg/h,SMER最高可达1.44kg/(kW·h),MER和SMER的变化趋势相反,故生产实际中需要综合考虑冷却水量对两者的影响;另外,在实验研究工况下最大冷却水出水温度达65.2℃,可为工业生产提供可应用的热水,使能源得到充分地回收利用。研究结果可为闭式热泵干燥系统在金属件清洗干燥工艺中的应用及其节能降耗提供新的思路和参考。     

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。