氢燃料电池引射器结构参数优化研究

针对影响氢燃料电池引射器性能的结构参数太多导致其难以优化的问题，以额定工况下氢燃料电池引射器为研究对象，提出一种基于两次正交试验设计的引射器结构参数优化方法。首先，建立CFD分析有限元模型，并进行试验验证，对影响引射系数的全部结构参数进行第1次正交试验，运用Fluent软件进行求解，通过极差分析确定各结构参数对引射系数影响的主次顺序；其次，对影响引射系数的主要结构参数进行第2次正交试验，应用极差分析法快速得到最优的结构参数；最后，对优化后的引射器进行模拟仿真，获得了最大的引射系数为2.455,并经试验验证了模拟结果的准确性。研究结果表明，经过两次正交试验设计，可以减少引射器结构优化的试验次数，提高燃料电池引射器的引射系数，为引射器结构参数的优化研究提供了参考，具有指导和借鉴意义。     

双级全预混燃气灶引射器的理论分析

提出的一种双级全预混引射器是燃气灶实现全预混燃烧的重要部件。以燃烧功率为3. 5kW的民用天然气燃气灶为例,建立了双级引射器的理论模型,分析了引射比、截面比、引射压差等对引射器性能的影响。结果显示:引射器存在一最佳截面比使被引射流体压差最高,最佳截面比随引射比的增加而增大,且不受引射压差的影响;被引射流体压差随引射器截面比的增大呈先快速增加后小幅下降的趋势,且受引射比和截面比的影响逐渐减弱。一、二级引射比分别为μ_1=1. 2、μ_2=9. 3时,双级全预混燃气灶引射器的最佳截面比为k_1=15、k_2=130,此时的引射器性能较好,结构较优。     

R417A热泵空调器运行特性分析

在焓差实验台和热泵性能测试系统中,对1台R417A热泵空调器在高/低温工况下的运行特性进行研究.通过改变蒸发器侧空气的温度、湿度等参数,测定了不同工况下空调器的各项性能指标.结果显示R417A热泵空调器的排气温度相对较低,制冷系统的冷凝温度、蒸发温度、制热系数和功耗在高温工况时变化不大,低温工况时,由于室外侧翅片管蒸发器结霜系统各性能变化较大,在结霜后期系统的性能有较大的衰减.     

天然气引射器流场特性及有效工作区间研究

为了降低天然气开采成本，探索天然气引射器重复使用的可行性，对不同工况下天然气引射器的内部流场开展分析，探究流场特性和有效工作区间，并通过现场生产数据对数值模拟方法进行了验证。研究表明，引射器喷嘴附近出现压力、温度和速度极值点；固定出口压力5 MPa，当高压井压力从6 MPa提升至13 MPa时，可携带的低压井压力可从5 MPa降至3.5 MPa，期间，引射器内部负压区压力降低，速度峰值提高，且峰值附近温度降低；有效工作区间内，通过匹配入口条件可改善引射效果，提高被引射井开发效率，即在该参数范围内可重复使用引射器。     

无人机燃料电池氢循环引射器设计及流动性能研究

氢燃料电池无人机发展迅速,但无人机结构紧凑气源容量有限,如何提高氢气利用率,进一步增强续航能力是一个亟待解决的问题。针对该问题,本文设计了引射循环系统,将排空的氢气进行回收利用,以提高氢气利用率。以典型的1.7 kW无人机燃料电池为例,采用计算流体力学方法设计了氢循环引射器,并进行性能分析,揭示了不同工况下内部流场特性。结果表明在二次流压力与出口压力压差为10 kPa时,一次流压力在300～700 kPa的范围内具有良好的引射性能。同时研究了关键结构参数喉嘴面积比(AR)和不同工况对引射性能的影响,研究表明,最佳AR随一次流压力变化而变化,统筹考虑本文选择AR=16,满足了不同工况下的全局最优引射性能,氢气利用率最高提升了30.3%,进一步延长了无人机的续航能力。     

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。     

EXV开度对纯电动汽车热泵空调性能的影响

基于搭建的电动汽车热泵空调系统性能试验台,详细研究了EXV开度变化对系统的冷凝和蒸发压力、过冷度、热泵出风温度、制热量、压缩机功耗和性能系数COP的影响。结果表明:在压缩机转速、冷凝器进风温度和风量一定的条件下,随着EXV开度增加,冷凝压力减小而蒸发压力变化较小,过冷度、制热量和热泵出风温度均呈减小并当EXV开度增大到一定程度后减小幅度变缓,压缩机功耗先减小后基本维持不变,系统COP先增大后减小;冷凝器出口过冷度较大时,通过改变EXV开度可有效调节热泵出风温度,且在开度较小时增大EXV开度有利于获得较高的COP。研究结果可为纯电动汽车热泵空调系统性能的调节和控制策略制定提供参考。     

热泵干衣机用线性压缩机的设计优化与性能分析

针对热泵干衣机的应用特点,介绍了热泵干衣机用线性压缩机的设计过程与优化方法,并进行了系统性能分析。设计的线性压缩机样机作为热泵干衣机可以实现70%以上的压缩效率, 压缩效率受工况条件影响较小,随冷凝温度的降低略有下降,而随蒸发温度的降低略有增加。但热泵循环制热能效COP受工况条件影响较大,冷凝温度越低或者蒸发温度越低,制热COP越高。在冷凝温度63 ℃,过冷度0 ℃,蒸发温度7 ℃,过热度3 ℃的工况下,制热COP可以达3.0以上。     

太阳能热泵热水器加热性能的试验研究

在自行设计制作的试验台上进行了太阳能热泵热水器加热性能试验.定流量循环加热热水时,太阳能热泵热水器比普通太阳能热水器加热速度快3.4倍,集热器效率提高了1倍多.太阳能热泵直流式加热热水时,热水出口温度随热水流量的增加而降低,系统能效比随热水流量的增加而增加;热泵蒸发温度与热水入口温度越高,产生适宜出口温度的热水流量调节范围越大,出口温度相同时则系统能效比越高;太阳能热泵具有即时供热水功能.太阳能热泵热水器采用循环式加热比直流式加热耗时更短,经济性更好.     

航空发动机试车台排气引射器性能的数值模拟

利用数值模拟的方法,研究了地面试车间内喷管-引射器流动规律。改变引射器直径及引射器与喷管距离,得到16种尺寸组合的几何模型并分别计算了相应的压力场及引射流量,分析尺寸变化对推力测量及引射流量比的影响,对引射器直径及引射器与喷管距离的匹配关系给出了建议。仿真结果表明,最佳匹配的与成非线性关系,引射流量比与引射器直径近似成线性关系。     

电动汽车热泵空调系统微通道换热器适应性研究

探讨管翅式换热器和多流程微通道换热器在同一电动汽车热泵空调系统中的性能差异,为电动汽车热泵空调系统中微通道设计和结霜控制的后续研究提供依据。试验比较在不同测试工况下采用微通道换热器和管翅式换热器的热泵型电动汽车空调系统的制冷特性及制热特性,结果表明:系统采用微通道换热器,车内外换热器体积分别减少57.6%和62.5%,有效减轻空调系统重量,有利于增加电动汽车续驶里程;制冷剂充注量减少26.5%,有利于降低温室效应。制冷工况下,系统制冷量和制冷系数分别降低4.1%～10.7%和1.7%～4.8%,说明将多流程微通道换热器应用于热泵系统还存技术难点,需要在微通道换热器流程设计、流量分配及压降等方面进行改进;制热工况下,系统制热量和制热性能系数分别降低1%～5%和4.2%～9.7%,但单位面积制热量提高16.7%～21.0%,当室外温度低于7℃时,室外侧微通道换热器出现严重结霜,极大影响系统的制热量和制热性能系数,需要进一步研究换热器结霜特性及融霜控制策略。     

跨临界CO_2热泵系统变工况性能的试验研究

为研究CO_2在热泵领域的应用,本文通过搭建跨临界CO_2热泵系统实验台,对其在变工况条件下的性能进行研究和分析,找出热泵系统性能系数最佳的工况条件,为跨临界CO_2热泵系统推向市场化提供试验依据。试验结果表明:当出水温度tter,w超过50℃时,随着热泵系统的高压压力Pcond升高,系统的性能系数(COPH)呈现先升高后降低的特点,有一个峰值,该峰值所对应的高压压力就是最优高压压力Popt;且蒸发温度tev越高,热泵系统的COPH也随之升高。     

多喷管两级式新型引射器分析

针对传统引射器流体混合程度不均匀、能量损失大、引射效率低的问题,提出一种新型多喷管两级式引射器模型,本结构模型一方面增加了一个进风口,并将其设置为对称式;另一方面创新性的将多喷管引射器与两级式引射器相结合;并建立数值仿真模型,对其关键结构参数与引射性能之间的相关性进行分析,以提升其引射性能。结果表明引射系数随混合室长度的增加先增加后降低,在L=13mm时有最优引射系数,约为0.68;引射系数随混合室直径增加先增加后降低,在D=5mm时有最优引射系数,约为0.65;引射系数随工作流体入口速度增大而先急剧增大后保持平缓、变化不敏感。本结构模型能够有效的提升引射系数,降低能量损失。     

准二级压缩型电动汽车热泵空调系统制冷性能研究

针对普通电动汽车热泵空调系统在夏季高温环境中制冷时,排气温度过高,系统制冷性能衰减的问题,设计了一种采用中压补气技术的准二级压缩型电动汽车热泵空调系统,系统以R407C为制冷剂,并搭建了试验台。通过在标准焓差实验室模拟测试不同外界环境温度及改变压缩机转速情况下系统的制冷性能,并与普通单级压缩系统进行对比。研究表明：在制冷时,准二级压缩热泵空调系统在降低压缩机排气温度方面有很大优越性,在标准制冷外界环境30℃下,准二级压缩热泵空调系统制冷量和压缩机功率增加显著,分别提高了12.97%,4.92%,系统COPc提高了7.94%;当压缩机转速从2 000 r/min提高到6 000 r/min时,准二级压缩热泵空调系统制冷量和压缩机功率分别提高了6.01%～12.31%和2.06%～6.24%,系统COPc提高了0.63%～6.51%。     

热管废热回收蒸发器在浊水余热回收中的应用

针对污水的特性,为避免生活污水与热泵工质R22产生交叉污染,从而导致系统不能正常运行的可能性,提出在污水与热泵系统工质R22之间采用一个热管换热器,得出在系统增加了一个热管换热器的情况下,污水流量一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵系统R22工质蒸发温度,污水废热回收热量随污水进口温度的增大而增大,其中热泵工质蒸发温度的增幅最大,达到65.79%,废热回收热量的增幅最小,为6.8%,污水入口温度一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵工质蒸发温度,废水回收热量随着污水流量的升高而升高,但是热泵工质蒸发温度的和性能系数COP值的增幅减少,热泵制热量,热管工质蒸发温度以及废水回收热量的增幅缓慢增加.     

舱外服大循环量引射器优化设计与实验研究

为进一步提高舱外航天服供氧通风能力,对其引射器进行优化设计。采用一维气体动力学模型建立喷嘴控制方程;根据实验结果确定喷嘴等熵效率,设计缩放喷嘴;采用3D打印技术加工不同结构的引射器;利用氮气进行常压引射实验,研究挡板位置、喷嘴类型与喷嘴出口位置(Nozzle Exit Position,NXP)等结构参数对混合流量的影响,寻找最优的引射器结构。研究表明:挡板位置对引射器混合流量的影响与喷嘴类型相耦合。前移挡板,亚音速引射器混合流量可提高56.90%以上,而超音速引射器则降低12.08%以上。将渐缩喷嘴换为缩放喷嘴,混合流量可以提高1.81倍以上;对于挡板前移的亚音速引射器,则可提高36.90%以上。所有亚音速引射器均无法满足当前性能要求。然而,对于超音速引射器,对于所有的NXP,在典型工况下引射器循环量均可满足要求;存在最优的NXP使得混合流量最大。NXP为6 mm时,超音速引射器混合流量最大,为144.83 L/min(工作流绝对压力为0.503 MPa);在全工况下(工作流表压为0.30～0.55 MPa),混合流量可至少提高1.59倍。设计的最优引射器测试结果均满足性能要求。     

用于低温环境下的双级压缩风冷热泵热水器

针对普通风冷热泵热水器低温环境下的应用问题，提出了双级压缩热泵热水器系统，并在系统的双级压缩循环热力学分析基础上，给出了系统性能评价系数和各部件[火用]损失的计算式。通过对设定运行工况的计算，得出：系统在冷凝温度60℃和蒸发温度-30℃工况下，性能系数大于2，系统有用能损失主要集中于冷凝器端，高低压两压缩机[火用]损之和不到系统总[火用]损的1／3。     

直热式热泵热水器冷凝器结构优化试验研究

搭建了空气源热泵热水器试验台.在标准工况下,分别比较了普通套管式冷凝器,3套管式冷凝器和板式冷凝器对热泵系统运行性能的影响.结果表明,板式换热器在热泵热水器系统中换热性能大大优于另外两种常规换热器,使系统性能系数达到4.1,比使用其他两种冷凝器时系统的性能系数提高20％左右.试验结果为如何提高热泵热水器性能提供了依据.     

太阳能-空气双热源复合热泵系统性能研究

太阳能-空气双热源复合热泵技术能有效解决空气源热泵室外温度低时蒸发器易结霜、系统性能降低的缺点。本文在课题组前期研究的基础上,针对一种新型的太阳能-空气双热源复合热泵系统,采用分布参数法建立了系统的数学模型。利用数学模拟的方法对单一空气源热泵系统和太阳能-空气双热源复合热泵系统在三种不同工况下的制热量和COP进行了模拟,并对模拟结果进行了对比分析。     

新型两级压缩热泵中高温工况循环性能分析

中高温热泵系统中在工业领域有广泛的应用,但其排气温度偏高。本文从降低压缩机排气温度角度,设计一种双级压缩新型热泵系统。系统由高低级压缩机、分凝器、两个节流机构等组成。以循环性能较好的两种工质R134a和R152a为系统循环工质,理论分析结果表明:在中高温工况下,新系统工质R152a循环性能系数COP优于R134a,在相同工况下工质R152a循环性能COP比R134a高7%⁸%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有38%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有3¹2℃的降幅。