二氧化碳跨临界循环放热过程换热性能研究

二氧化碳跨临界循环放热过程处于超临界区，由于在准临界点附近CO2的热物理参数变化非常剧烈，超临界区流体的换热有别于传统制冷剂，气体冷却器的换热优劣对系统性能影响较大。为了能设计出高效的气体冷却器，应该对这一过程的换热性能作一全面了解。本文主要讨论了制冷剂CO2在气体冷却器中的换热特点，以及流体温度、高压侧压力、质量流速、热流密度、管径和含油量等因素对换热的影响，最后探讨了换热关联式和气体冷却器型式的研究进展。     

基于温焓分析的最小熵增法在流体换热中的应用

为寻求最小熵增工况,避免最大熵增的出现,提出基于温焓分析的最小熵增法.基于温焓关系推导出极值熵增工况需满足的表达式.拟合出换热流体的温焓关系.在一定对数平均温度的约束下,用C语言编程分别计算二氧化碳跨临界循环冷凝段和R407C热泵循环冷凝段的换热工况.结果表明,换热器两端流体的换热温差在对数平均温差附近时,或者冷流体侧...     

组分迁移对R407C相变换热影响的理论分析

为了研究组分迁移对非共沸工质在换热器中相变换热特性的影响,探明制冷剂和换热流体间的温差在换热器中的变化规律,进行了相应的理论分析。基于窄点理论和空泡模型,将换热器按等焓降划分为若干控制体,建立相应的数学模型,然后在给定工况下,计算出R407C在换热器内冷凝和蒸发的组分迁移情况,进而得到考虑组分迁移的非共沸工质温焓非线性关系,发现制冷剂和换热流体间的温差在换热器中的变化规律,再与未考虑组分迁移时作对比。结果发现,考虑组分迁移对窄点或最大传热温差及其在换热器中出现的位置、可用能损失的影响很大,在合理设计换热器时应给予考虑。     

超临界CO_2层积式微通道气体冷却器的研究

以自然工质CO2作为研究对象,对超临界CO2层积式微通道气体冷却器进行研究。在试验研究中,通过改变高压压力和冷却水流量,得到不同工况下的换热量与传热系数,发现换热量随水流量增加而增加,制热能效比(Coefficient of performance,COP)随冷却高压升高而降低。换热器总传热系数可以达到700 W/(m2?K),总换热量可达9 kW。理论分析得出了降低制冷剂测出口温度有利于提升水侧出口温度和COP,故利用有限体积法与TDMA方法结合编制模拟程序,选用合适的换热关联式对微通道气体冷却器进行优化。研究发现增加通道长、水侧水力直径和通道排数,减小通道间距,都能提高水的出水温度,并得到最优结构使出水温度达到60℃以上。     

为什么换热器中冷、热流体多采用逆流的形式？

答：在换热器中,随着热量的转移,冷、热流体的温度也同时起着变化。例如,在水冷式后部冷却器中,空气温度从120℃左右降到40℃左右,冷却水的温度从30℃左右升到35℃左右。因此,沿传热表面不同的截面上,冷、热流体间的温差也是不断改变的。在传热计算中,一般采用一个平均温差来代表整个换热器中冷、热流体间的温差。     

CO2气体冷却器管内传热特性数值模拟

运用FLUENT软件对CO2制冷循环中气体冷却器进行两侧交叉流传热特性模拟,分析得出超临界区二氧化碳冷却换热特性和压降变化情况,以用于指导气体冷却器及系统运行参数设计。     

窄点温差匹配对ORC系统性能的影响

选取多种有机工质,以单位净功的换热面积(Heat exchanger area per unit power output,APR)为目标函数对有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)系统进行优化分析,讨论蒸发器与冷凝器的窄点温差匹配对系统经济性能的影响。探讨在不同的热源温度、冷源流量以及蒸发温度下,窄点温差之比对系统经济性能的影响的变化,从而确定最优的系统参数。研究结果表明:对于所选工质,均存在一最优窄点温差比,使系统的经济性能最佳,并且对于不同工质,最佳窄点比存在差异。最佳窄点温差比随窄点温差之和以及热源温度增加而增大,随蒸发温度升高而减小,而冷源流量对最佳窄点温差比几乎没有影响。窄点温差的匹配对系统参数的选择有较大的影响,合适的窄点匹配关系能有效改善ORC系统性能。     

层板结构冷却机理的数值模拟研究

应用商业软件对一种典型的层板结构选取多个单元进行了流动和换热的耦合计算,考虑了燃气侧及冷气侧流动的影响,燃气及冷气的流动方式模拟层板叶片中真实的流动方式。网格划分采用非结构性网格,湍流模型采用k-ω双方程模式,速度与压力采用SIMPLE算法耦合求解。获得了层板内部的流动和换热情况,流体域、固体域的温度信息。发现冲击孔及气膜孔内部的流动不具有对称性,各换热面的换热系数分布也不均匀,燃气侧局部区域出现负热流现象。分析了层板燃气侧、内部及冷气侧的流动和换热特性及其对层板冷却有效性的影响,得到了层板冷却有效性随吹风比变化的曲线。     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明：2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。     

外热式自然循环蒸发器的流动传热模拟

为了进一步研究外热式自然循环蒸发器换热管内的流动和传热规律,本文采用Mixture多相流模型对自然循环蒸发器进行了数值模拟。模拟结果发现管内温度在沸腾点之上沿轴向呈线性分布,热流密度对沸腾高度、沸腾点温度和传热温差影响较大,对循环速度的影响不大。模拟结果与实验数据相吻合,可以为自然循环蒸发器的研究和设计提供指导。     

涡流分离热气体再加热的CO_2热泵系统的分析

对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统进行热力性能分析,并与相同运行工况下的节流降压CO2热泵系统的性能进行了对比,得出涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统存在最优的高压压力,在最优的高压压力下,系统获得最大的制热性能系数。提高分离热气体质量比、中间压力、蒸发温度、涡流管制热效应,降低气体冷却器出口温度,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统的制热性能系数提高。随着热气体质量比的增加和气体冷却器出口温度的升高,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统最优的气体冷却器出口压力也升高。在热气体质量比仅为0.2时,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统相比节流降压CO2热泵系统,最佳的制热性能系数提高11%。随着热气体质量比的增加,差值会进一步增大。气体冷却器出口温度的升高,对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统制热性能系数的影响要小于对节流降压CO2热泵系统的制热性能系数的影响。     

超临界压力下CO2流体的性质研究

为了全面了解CO2在气体冷却器中的流动及传热特性以及为设计高效气体冷却器提供理论基础,对超临界CO2流体的性质进行了深入的研究,在三维图上分析了温度和压力对超临界CO2热物理性质的影响,并对超临界CO2流体进行了微观分析.结果表明,CO2的比热、密度、导热系数以及粘度在准临界点附近的变化非常剧烈.针对CO2比热的变化特点,得到了准临界温度的计算关联式,并给出了准临界区定义.CO2的密度、导热系数以及粘度变化最大时的温度与准临界温度相当接近.微观分析表明,超临界CO2流体分子间的作用力比较小,分子在临界区附近的聚集行为特别显著,这可以用来解释近临界区CO2物性独特的原因所在.     

CO2跨临界膨胀机循环最佳高压压力计算

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力,对应着最大COP。但是,膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时,CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便,对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归,并给出了计算关联式。     

跨临界CO_2热泵系统性能的试验性研究

为提高跨临界CO2热泵热水机的效率,通过搭建跨临界CO2热泵系统试验台,研究其性能,并找出其运行规律。试验结果表明:当终止水温度恒定,在某一蒸发温度下,热泵系统的制热量随着高压侧压力的升高先升高后降低,系统的COP存在一个最大值,即存在一个最优高压侧压力Popt;蒸发温度越高,系统的COP越高;同轴套管式换热器的内管用螺旋管代替圆管后,系统运行更加稳定,COP也有提高。     

CO_2/润滑油混合物在水平管内流动沸腾换热的试验研究

为了测试润滑油对CO2流动沸腾换热特性的影响,以指导CO2换热器的设计,对CO2/润滑油混合物在水平管内的流动沸腾换热系数进行了试验研究,试验工况质量流量为2.74~5.61kg/h,热流密度为3.2~5k W/m2,测试段入口干度为x=0.2~0.5,蒸发温度在-4~8℃之间,选择PAG作为润滑油,浓度为0~6%。试验结果表明,润滑油浓度越大,CO2的局部换热系数越小;润滑油浓度较低时(<3%),换热系数下降较大,再增大含油量,换热系数下降的趋势减缓。增大蒸发温度可以延迟干涸的发生,相反地,大的热流密度和质量流量可以使管内提前出现干涸。CO2/润滑油混合物的换热系数随蒸发温度的升高而增大,随热流密度和质量流量的增大而减小。     

CO_2气体冷却器的性能模拟与优化计算

CO2气体冷却器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的气体冷却器,有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究。本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型,对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算,并与试验测试结果进行了比较,验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算,主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明,热重比随管径的增大而下降,随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素,CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。     

R290水冷式冷凝器的设计与实验

针对R290的性能特点,设计了R290/CO2复叠式制冷循环的R290水冷式冷凝器;并在R290/CO2复叠式制冷循环实验台上进行实验,得到R290出口温度,冷却水出口温度及冷却水进出口温度差随冷却水流量和冷却水进口温度的变化关系,通过计算得到了R290和冷却水的对流换热系数随冷却水流量与冷却水进口温度的变化关系,得出了R290的对流换热系数对R290冷凝器换热性能影响较大,应加强R290侧的换热.     

CO_2跨临界循环中非绝热毛细管传热性能的试验研究

为了测试在相同工况下,CO2跨临界循环非绝热毛细管各区段的换热能力;并测试毛细管进口压力10MPa,进口温度39℃,蒸发温度7℃,制冷量1k W时,5种内径毛细管所需的长度,以及毛细管换热量随毛细管管径的变化情况,搭建了CO2跨临界循环试验台,进行了相关试验,试验结果表明:非绝热毛细管在超临界区域换热能力最强,亚临界两相区换热能力最弱,毛细管换热量随毛细管内径增大而增加。     

CO2循环的特点及其在热泵热水器中的应用

CO2作为热泵热水器工质在跨临界状态下循环,在气体冷却器中产生温度滑移,因此适合水的加热。在分析了CO2跨临界循环特点的基础上指出,CO2可与传统的制冷剂及其替代物相竞争,具有较高的制热效率。