非共沸混合工质R22/R141b高温热泵实验研究

引　言大量低品位能源如太阳能、中低温地热能等常被忽略 ,有些低品位能源直接排放不仅造成极大的浪费 ,而且会给环境带来有害热污染 ,比如工业余热 (化工厂 ,发电厂 )、机车尾气等 .目前 5 0～ 80℃范围的热能可以直接用作制冷机 (吸附 ,吸收制冷 )的驱动源或用来进行加热、干燥等 ,而 30～ 5 0℃范围的热能尚无成熟高效的利用手段 ,高温热泵是其中较为可行的技术方案之一高温热泵的开发研究一直是热泵应用领域中的一个重要分支 ,如日本的ＡｋｉｏＭｉｙａｒａ 1993年以Ｒ2 2 /Ｒ114为工质进行了实验 (冷凝器入水温度 4 0℃ ,出水温度 6 0…     

非共沸混合工质组分调控ORC系统热经济性分析和优化

作为最具潜力的低品位热能发电技术之一,有机朗肯循环(ORC)近年来受到越来越多的关注。与传统的高品位能源发电技术相比,其运行性能对环境温度的变化极其敏感。提出一种新型非共沸混合工质ORC系统,利用分液冷凝器调节混合工质组分,以适应环境温度的变化,进而提高系统性能。根据环境温度的变化构建热力学优化模型获得最优组分;冷凝过程中利用分液冷凝器和组分调控系统改变混合工质组分。通过案例验证了新系统的热经济性能优势,研究结果表明:对于100℃热源,在定压运行工况下,新系统较传统系统的经济性可提高38.90%,而在滑压运行工况下,新系统较传统系统的经济性可提高15.35%,且使用不同非共沸混合工质时,系统性能有显著差异。     

非共沸混合工质R32/R134a在水平微翅管内流动沸腾特性

对非共沸混合工质R32/R134a在5种水平微翅管内的流动沸腾特性进行了实验研究,获得了传热系数随质量流量、热通量及干度的变化关系,并对各种工况下的换热机理进行了分析和讨论.同时,对R22和R32/R134a在微翅管与光管内水平流动沸腾传热系数进行了比较.     

非共沸混合工质在水平管轴上轴向流动冷凝传热强化的研究

研究了花瓣形翅管强化非共沸混合工质在水平管束上轴向流动冷凝传热的性能,并建立了管束冷凝传热系数的计算模型。结果表明,该模型的计算值与实验结果吻合得较好。     

非共沸混合工质管内流动凝结换热系数的分析与计算

对非共沸混合工质R32 /R134a的管内流动凝结局部换热系数进行了理论分析和计算 .计算表明 ,非共沸混合工质的管内流动凝结换热系数总是低于具有等同物性的纯工质的换热系数 ,其换热系数下降的程度不仅受浓度的影响 ,还受干度的影响 .对混合工质R32 /R134a而言 ,换热系数的极小值出现在R32质量分数为10 %～ 30 %的区域内     

水平细圆管内非共沸混合工质的流动沸腾

以非共沸混合工质R32/R134a为实验工质,进行了水平细圆管内流动沸腾换热实验.在获取大量实验数据的基础上,分析了质量干度、热通量和质量通量密度对沸腾换热的影响,讨论了各种工况下的换热机理,比较分析了细圆管和常规管道内流动沸腾换热性能.实验结果表明：在本实验范围内,水平细圆管内流动沸腾换热主要受热通量的影响,绝大部分实验工况下核态沸腾占主导地位.尺度效应是引起微细通道内流动沸腾换热特性不同于常规管道的主要原因.     

非共沸混合工质在花瓣形翅片管管束上的冷凝传热及强化

1实验系统本文选定花瓣形翅片管作为强化管型,并探讨非共沸混合工质在其管束上的冷凝传热性能。实验系统如图1所示。本实验系统设计成既可进行大空间内的自然对流冷凝传热实验研究,又可进行套管空间内的强制对流冷凝传热研究。实验工质民;和R;。在蒸气发生器中由电加热器加热沸腾后所产生的蒸气分两路进入冷凝器空间内,并在管束上冷凝。实验管（管参数如表1所示）内的冷却水来自调温水箱,实验时控制三条管内水流量基本上相同。对于大空间内的自然对流,分别研究了光管和花瓣形翅片管管束直列与错列下的冷凝传热性能对比。对于套管空…     

非共沸工质换热匹配特性影响热泵性能的高级分析

针对非共沸工质非线性复杂相变传热过程,基于高级分析方法,推导出表征热泵系统性能的评估指标模型——温度匹配度（TMD）,探讨了非共沸工质与换热流体之间的换热匹配特性,实验验证了模型的准确性与适用性。选用了三组不同温度滑移程度的非共沸工质（M1、M2、M3）为对象,探究了TMD与换热夹点、系统COP、效率η以及换热器实际损占比ε之间的关系。结果表明：TMD越小,换热流体间的温度匹配越好,系统COP、效率越大,换热器实际损占比越小,反之亦然;且当TMD最小时换热器内夹点总是出现在饱和气态点处。     

非共沸混合工质在制冷循环中浓度偏移分析

非共沸混合工质在制冷循环中应用越来越广泛,其工质的浓度偏移对制冷机的性能影响显著。为此建立了非共沸混合工质两相区流动换热工质浓度偏移数学模型,推导出两相流动中气液相流速不同是发生浓度偏移的必要条件,得到了混合工质两相区当地浓度偏移规律并根据流动工质浓度计算出两相区的当地浓度,通过J-T制冷机蒸发器的工质浓度偏移实验进行了验证,计算与实验结果吻合较好。数学推导和实验结果均表明,当j组分工质在当地气液相中浓度相等时,两相流动中j组分工质浓度不存在浓度偏移,而当j组分工质在当地气相中的浓度大于当地液相中的浓度时,j组分工质当地总浓度小于其循环流动浓度,反之亦相反。J-T制冷循环中低沸点工质当地浓度低于循环流动浓度,而高沸点工质当地浓度将高于循环流动浓度。进一步分析表明混合工质J-T制冷循环中低沸点工质循环浓度高于其充注浓度,而高沸点工质循环浓度低于其充注浓度。因此,为了获得既定运行浓度的循环系统,需要充注相比此浓度更多的高沸点组分。     

重力对垂直相分离冷凝管内流型调控的影响

随着重力的降低,冷凝换热性能急剧恶化,特别在微重力条件下,流型与传热极不协同,所需的冷凝长度要比地面常规重力情况大一个数量级。基于非能动相分离概念的适用于不同重力条件的新型相分离冷凝管,促进了流型与传热的协同,极大强化了冷凝换热。在地面常规重力、小重力和微重力情况下,数值研究了新型冷凝管内垂直上升的空气-水两相流型的调控过程。通过研究得出:在三种不同重力条件下,均呈现“气在壁面,液在中心”的全新分布模式,特别是在微重力情况下,环隙区域内完全被气体占据,液体完全在核心区域内流动;重力越小,调控后液膜厚度减小幅度越大,特别在微重力条件下,减薄到1/32;重力越小,调控后薄液膜主导的冷凝换热量提高幅度越大,特别在微重力条件下,调控后提高到57.4倍,极大地强化了冷凝换热。总体来说,重力越小,流型调控过程越有利于强化冷凝换热。     

非共沸制冷剂在逆流换热器中温度窄点出现的判别方法

Pinch point and maximum temperature difference may occur in heat exchanger because of the non-linear relationship between the temperature and enthalpy of the zeotropic refrigerant mixtures in the two-phase region.The discriminant used to identify the pinch point or maximum temperature difference was presented by Venkatarathnam,but the discriminant can not be used to identify all the kinds of zeotropic refrigerant mixtures.The modified discriminant used to identify the pinch point and maximum temperature difference was obtained in this paper,which was proved by analyzing two zeotropic refrigerant mixtures.The results showed the possible concurrence of pinch point and maximum temperature difference in the heat exchanger.     

超重力法脱除变换气中的CO2

用N2和CO2的混合气体模拟变换气,采用苯菲尔溶液为吸收液进行了超重力法脱除CO2的实验研究,考察了反应温度、系统压力、超重力水平、气液比对反应器出口CO2含量的影响。实验结果表明:随着温度的升高和超重力水平的增强,反应器出口CO2含量先降后升;随着压力的升高,反应器出口CO2含量逐渐降低;液体流量一定时,随着气液比的增大,反应器出口CO2含量逐渐升高。     

高温热泵工况下非共沸工质在换热器中的换热特性

为了探究非共沸工质与换热流体之间的相变传热温差特性,在单级蒸气压缩式水-水高温热泵系统实验台上,以R290/R600（称为Z1,质量比17%/83%）为工质进行了多工况的实验研究。实验发现,工质Z1在冷凝器中会出现最大传热温差,且最大传热温差的位置会随着冷凝器中水流量的减小而向冷凝器的冷端移动;在蒸发器中会出现最小传热温差,其位置随着蒸发器中水流量的减小而向蒸发器的冷端移动。分析结果表明,在蒸发器侧工况恒定时,冷凝器侧最大传热温差的出现会使系统的循环效率降低,冷凝器中因不可逆传热引起的可用能损失增大;在冷凝器侧工况不变时,蒸发器侧最小传热温差的出现会使系统的循环效率上升,蒸发器中因不可逆传热引起的可用能损失减小。     

基于大滑移温度非共沸工质的双温冷水机组

基于大滑移温度非共沸工质(R32/R236fa)的特性,搭建了可应用于温湿度独立控制系统的新型双温冷水机组及其实验系统,该机组可获得两种不同温度的冷冻水(例如低温7℃,高温16℃)。以机组的COP、制冷量等参数为评价指标,实验研究非共沸工质中R32的质量组分比例分别为30%、40%、50%、60%时机组在不同运行工况下的性能。结果表明:当冷却水进水温度为32℃,高、低温冷冻水的出水温度分别为16和7℃时,机组COP在R32质量组分比例为60%时达到3.92;而当R32的质量组分比例为50%时,机组具有最佳的综合性能,此时机组在不同运行工况下的COP均大于3.55。通过本研究可为非共沸工质在双温冷水机组中的应用以及优化提供数据基础。     

非共沸不互溶混合工质脉动热管启动特性分析

针对低加热功率下脉动热管难启动的问题,本文提出一种用于脉动热管相变传热的非共沸不互溶混合工质（HFE-7100和水）,其中低沸点工质潜热小、比热容低、密度大,高沸点工质潜热大、比热容高、密度低。选取水为高沸点工质, HFE-7100为低沸点工质,并将两者按照4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4比例混合,实验研究了不同混合比例工质在不同充灌率和不同加热功率下的启动特性。结果表明：相对于水,HFE-7100的低汽化潜热值和高(dp/dT)_sat值等特点能够加快蒸发段气泡的形成,加速脉动热管的启动;相对于纯工质脉动热管,非共沸不互溶混合工质相当于缩短了脉动热管的有效长度,加快系统启动;在低加热功率下,纯工质脉动热管无法启动,但混合工质脉动热管能够正常启动,且混合比例为2∶1、1∶1和1∶2时启动较快;在高加热功率下,混合比例2∶1启动最快。同时,对于非共沸不互溶混合工质脉动热管,充灌率为30%时启动效果最好。     

基于混合工质的多级蒸发ORC理论极限性能研究

作为低温余热发电的首选方案,有机朗肯循环（ORC）得到广泛的工业应用。混合工质与双压蒸发结合的策略被证实能够大幅提升ORC系统热效率,但更多级蒸发对循环性能的影响仍未知。因此,提出基于混合工质的多级蒸发ORC（MZORC）概念,通过分析构建蒸发过程的传热极限模型,结合Aspen Plus对基本ORC（BORC）、两级蒸发和三级蒸发MZORC进行过程模拟,揭示了系统循环性能的理论极限。研究结果表明：MZORC能够降低循环工质蒸发过程带来的热量损失及流耗散率;423.15 K热源、298.15 K环境温度工况下,三级蒸发MZORC的净输出功较BORC有38.6%的显著提升;增加蒸发级数能够使系统性能更接近理论极限,BORC、两级蒸发和三级蒸发MZORC系统净输出功分别能够达到理论极限值的65.0%、79.0%及90.1%。     

竖直圆管内超临界甲烷冷却换热数值模拟

应用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型对超临界甲烷在竖直管内的冷却传热进行了数值模拟,研究了质量流量、热通量、流动方向及密度变化对传热系数的影响。结果表明,竖直圆管内超临界甲烷冷却传热系数随质量流量的增加而增加;在似气体区传热系数随热通量的增大而增加,而在似液体区热通量对传热系数几乎没有影响;流动方向在似气体区对传热系数几乎没有影响,而在似液体区上升流的传热系数大于下降流的传热系数;密度变化在似气体区使传热系数增加,而在似液体区使上升流的传热系数增加,使下降流的传热系数减小。