CO2多联引射器双温制冷系统性能的实验研究

实验研究了CO₂多联引射器双温制冷系统性能,与CO₂传统增压双温制冷系统性能进行了比较,并探讨了并行压缩机的使用对CO₂多联引射器双温制冷系统性能的影响。实验结果表明,在实验工况范围内,对于不同的质量流量比,CO₂多联引射器双温制冷系统的制冷量和COP均要高于CO₂传统增压双温制冷系统,总制冷量和COP最高分别提升了约13.4%及23.8%;在CO₂多联引射器双温制冷系统中使用并行压缩机降低了多联引射器的引射比,但提高了其系统总制冷量和COP,对于不同的气冷器出口温度工况,总制冷量最高提高了约3.4%,而系统COP最高提高了约6.9%。使用多联引射器代替膨胀阀及使用并行压缩机均显著提升CO₂双温制冷系统性能。     

基于引射器的双温蒸发CO2热泵系统性能分析

采用高效的热泵系统替代常规锅炉是实现“双碳”目标的有效措施。本文提出采用引射器实现双温蒸发的CO₂热泵系统,以实现余热梯级利用和高效制热。通过窄点分析法,建立了基本CO₂系统、CO₂引射器系统、双温蒸发CO₂引射系统的热力学模型,发现双温蒸发系统存在最优排气压力及最大COP。基于最优工况进行分析,结果表明：在热泵热水器名义工况下,双蒸发器系统COP最高达4.84,比基本CO₂热泵系统提高了9.88%。双温蒸发过程可显著降低吸热过程中的换热不可逆损失,双温蒸发系统蒸发器侧的不可逆性能指数为1.51,比基本CO₂和带有引射器的常规CO₂系统降低了24.50%。     

采用非共沸混合工质机械过冷的跨临界CO_2制冷循环性能分析

本文提出了非共沸混合工质机械过冷跨临界CO_2制冷循环。在最优排气压力和最优过冷度下循环取得最大COP。最大COP、最优排气压力和过冷度与混合制冷剂的温度滑移密切相关。当选取合理温度滑移的混合工质作为机械过冷循环的制冷剂时,可明显提升CO_2制冷循环能效,降低排气压力。与基本CO_2制冷循环相比,在蒸发温度为-40℃、环境温度为35℃时,采用R32/R152a(40/60)循环总COP可提升46.53%,CO_2排气压力可降低2.758 MPa。总COP的提升程度受混合制冷剂的温度滑移影响显著,推荐机械过冷循环使用温度滑移合理的混合制冷剂。在温暖和炎热的气候地区及冷冻冷藏等低温应用领域,采用非共沸混合制冷剂机械过冷跨临界CO_2制冷循环整体性能的提升更加显著。     

跨临界CO2制冷技术发展现状及其改进途径综述

跨临界CO₂制冷是一种以CO₂作为制冷剂气体冷却过程在临界点以上的新型制冷技术。对近年来CO₂制冷技术的发展进行了概括及分析。针对传统制冷剂与CO₂制冷剂的特点,重点分析了二者在物理性质上的区别,说明了CO₂作为新型制冷剂的可取性;针对提升制冷系数的目标,讨论了两级压缩、膨胀机、回热器的工作原理以及对系统性能的影响。综述了新型双级压缩CO₂制冷循环的研究现状,归纳了CO₂制冷循环进一步改善性能的技术途径。     

跨临界二氧化碳制冷系统优化方案的研究综述

跨临界二氧化碳(CO₂)制冷循环系统因其节能环保的优势受到国内外专家学者的广泛关注,对该系统的研究在近些年取得了重要进展。介绍了 CO₂制冷剂的环境优势与应用方式,阐述了跨临界CO₂制冷循环系统的基本结构,总结了现有系统的四种优化方案：在系统中增设回热器、利用膨胀机代替节流阀、在系统中增设喷射器和采用双级压缩循环方式,随后分析了各种方案的工作原理及特点,并介绍了每种方案的现有研究内容。CO₂ 为一种非常具有发展潜力的制冷剂,对其跨临界制冷循环系统进行优化可有效的提升系统的制冷系数(COP),有利于充分发挥系统的节能环保优势,从而促进该类型系统的推广应用。     

电动汽车二次回路热泵空调系统性能试验研究

为了研究制冷剂充注量和环境温度对电动汽车二次回路热泵空调系统的影响规律,笔者设计并搭建了带有二次回路的热泵空调系统试验台。针对不同转速下,制冷量/制热量、COP和压缩机排气温度等参数随充注量及环境温度的变化趋势进行了试验研究,并确定标准制冷和制热工况的最佳充注量。结果表明：随着充注量的增加,蒸发器出口过热度和排气温度逐渐降低,而排气压力逐渐升高;制冷量/制热量和COP随充注量的增加而增大,并在最佳充注量处达到峰值,之后保持小幅变化。综合考虑,制热和制冷模式下系统最佳充注量分别为650 g和1 100 g。基于最佳充注量、压缩机转速为2 000 r/min时,制热模式环境温度由0℃升至12℃,制热量增加48.4%,COP_h升高8.3%;制冷环境温度由27℃升高至43℃时,制冷量和COP分别降低12.3%和44.4%。     

CO2跨临界制冷技术的应用研究

CO₂是天然工质，应用于蒸气压缩制冷循环具有传热性能好、流动阻力小、单位容积制冷量大且经济性好的优点。本文介绍CO₂跨临界制冷技术的基本原理，阐述该技术在人工冰场及新能源汽车空调系统的应用情况和相应的研究进展，指出系统全工况性能检测、关键部件可靠性提升是未来CO₂跨临界制冷技术的重要研究方向。     

独立式过冷循环对改善单级蒸气压缩制冷系统性能分析

过冷循环是改善单级蒸气压缩制冷系统性能的有效途径。本文以基加利修正案后可选替代制冷剂为分析对象,对带独立式过冷循环的单级蒸气压缩制冷循环的压缩机单位容积制冷量、压力比、排气温度、压缩机功耗、系统性能系数、损失和效率随蒸发温度的变化规律进行分析。结果表明:在固定蒸发温度和固定冷凝温度时,存在最佳过冷度Tsopt使系统COP最大。在最佳过冷度下,独立过冷循环使得系统的性能系数COP明显增大,采用独立过冷循环使R744提高性能效果最明显,R717增大幅度最小。13种不同的工质中,R600a、R152a、R161、R134a、R1234ze系统性能系数COP高于R22。独立过冷循环使系统压缩机总输入功W和损减少, 效率η_χ明显增大。文章揭示了不同工质在引入独立过冷循环的单级蒸气压缩式制冷循环的变化规律,为单级蒸气压缩式制冷循环性能改进提供参考。     

一种新型跨临界CO2冷电联供系统热力分析

提出一种新型跨临界二氧化碳（trans-critical carbon dioxide,TCO₂）再压缩循环和喷射器制冷循环耦合的冷电联供系统。该系统在输出电能的同时,利用低品位热能驱动喷射器工作输出冷量。以输出电量1 MW为设计目标,对比冷电联供系统和再压缩发电系统的性能,研究联供系统各部件（火用）损和主要热力参数对其性能的影响。结果表明：联供系统利用CO₂余热驱动喷射器输出冷量,循环热效率高于单一再压缩系统;加热器（火用）损所占比例最大,回热器次之;透平进口温度、压力和背压对联供系统工质流量、循环效率、输出功率、加热器功率、压缩机耗功及喷射器制冷量等参数影响较大;而冷凝温度和蒸发温度仅对制冷循环制冷量影响较大。在设定条件下,联供系统的循环热效率和（火用）效率可分别达到46.99%和47.21%。     

机械过冷跨临界CO_2热泵供暖系统性能分析

采用辅助的蒸气压缩循环进行过冷,可改善传统跨临界CO_2热泵系统用于冬季供暖性能。本文通过构建机械过冷跨临界CO_2热泵系统的热力模型,分析了机械过冷跨临界CO_2热泵系统供暖工况下的运行特性,结果表明:机械过冷CO_2热泵系统存在最大COP,对应最优排气压力和过冷度,标准工况下比常规CO_2系统能效提高15.9%。该系统可有效解决常规CO_2热泵回水温度过高导致COP迅速衰减的问题,当回水温度由40℃升至50℃时,常规系统COP下降16.9%,而机械过冷热泵系统COP仅下降8.4%。通过改进可有效降低CO_2压缩机的排气压力和温度,且供水温度越低排气压力降低效果越显著。机械过冷循环工质的选取会影响系统整体性能,选取的11种过冷循环工质中能效最高的为R717,最低的为R1234yf。在低环境温度工况下性能的提升更加明显,通过配置小型常规工质蒸气压缩循环即可实现CO_2热泵系统性能显著改进,经济性优势明显。     

一种新型CO2工质冷热电联供系统的热力性分析

为了开发利用太阳能、地热能、工业余热等低品位热能,提出一种以CO₂作为工质的冷热电联供系统,该系统通过共用气体冷却器的方式将超临界CO₂布雷顿发电循环和跨临界CO₂压缩式制冷循环进行耦合,可同时向用户提供电力、冷媒水和生活热水。建立了该系统的热力学数学模型,并对其运行工况进行了数值模拟,模拟结果表明:系统净输出功为140.34 kW,制冷量为340.50 kW,制热量为5 332.75 kW,热效率为113.27%,?效率为41.24%;随后在此基础上对系统进行了热力学参数敏感性分析,获得了透平进口压力、透平出口压力、透平进口温度、蒸发器压力和顶循环与底循环CO₂流量比5个热力参数对系统性能的影响。     

蒸气压缩式CO2水合物直接接触蓄冷系统的仿真研究

本文建立了水冷压缩式CO₂水合物直接接触蓄冷系统的仿真模型,模拟研究了不同充注压力(3.5、3.6、3.7、3.8 MPa)下蓄冷系统的降温曲线和总蓄冷量。研究发现,降温曲线的模拟结果与实验结果的相对误差依次为4.02%、4.43%、3.38%、1.89%,总蓄冷量的模拟结果与实验结果的相对误差依次为0.82%、3.41%、1.45%、1.81%,所有相对误差均小于5%,说明模型具有较好的预测能力。为了提高实验系统蓄冷性能,采用模型进行系统优化,结果表明：冷却水流量由65 mL/s增至100 mL/s时,系统预冷时间由22.5 min减至20.8 min,系统COP先增加后减少。冷却水流量为95 mL/s时,系统COP最大;冷却水温度由22℃升至30℃时,系统预冷时间由16.1 min增至21.9 min,系统COP由1.77降至1.53;当充注压力由3.5 MPa升至5.0 MPa时,排气压力由5.4 MPa升至12.1 MPa。当充注压力为5.0 MPa时,排气压力为12.1 MPa,超过压缩机警戒压力,所以低于5.0 MPa的充注压力较为安全。     

Fe-Co-K/ZrO2催化CO2加氢制低碳烯烃

近年来, 随着化石资源的消耗和CO₂的大量排放, 人类面临的能源危机和温室效应问题日益严峻, 而铁基催化剂催化CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。本研究采用浸渍法制备了氧化锆(ZrO₂)负载铁钴催化剂(Fe-Co/ZrO₂)和ZrO₂负载铁钴钾催化剂(Fe-Co-K/ZrO₂)用于催化CO₂加氢制低碳烯烃(C₂⁼-C₄⁼), 重点考察了K含量对催化反应活性的影响。活性测试结果表明, 在300 ℃和1.5 MPa下, 加入K使CO₂转化率由40.8%提高到44.8%, 低碳烯烃选择性从0.23%增至68.5%, 并提高了反应性能的稳定性。表征结果显示, 加入K使Fe物种的外层电子密度增大, 提高了Fe对CO₂的吸附强度, 促进了碳化铁的形成, 并有利于CO₂在Fe物种上吸附后发生直接解离, 提升了CO₂加氢制低碳烯烃性能。     

基于再生水源热泵的城市污水处理厂冷热联供系统

城市污水处理厂高耗能限制其运转及发展,基于能耗分析提出了污水处理厂资源能源综合利用技术路线。再生水源热泵回收污水厂外排水低温余热,将其提升后满足污泥高温消化等需热工艺;被吸取热量后低温水用于建筑制冷,形成再生水源热泵冷热联供系统。研究了冷热联供系统工况,以系统联合负荷收益性能系数为指标,提出夏季工况下联供系统最优制冷量即热泵蒸发侧吸热量,分析了蒸发温度对制冷效率影响。整体能流分析表明,再生水源热泵冷热联供系统可降低城市污水厂污泥厌氧消化处理工艺和建筑制冷供暖能耗,夏季和冬季工况节能率分别可达30%、40%。     

机械过冷CO_2跨临界制冷循环性能理论分析

采用蒸气压缩制冷循环(辅助循环)对CO_2跨临界制冷循环气体冷却器出口的CO_2流体进行冷却,可减小节流不可逆损失,提高循环性能。本文对机械过冷CO_2跨临界制冷循环进行热力学循环分析,结果表明:当在最优排气压力和最优过冷度两个参数条件下,循环存在最大COP。环境温度越高、蒸发温度越低,采用机械过冷方法使循环性能提升越显著,相对传统CO_2制冷循环,通过辅助循环可显著提高循环COP,降低CO_2排气压力和温度。相对CO_2压缩机,辅助循环压缩机的功耗较少。分析了辅助循环中采用11种不同制冷剂的性能,可得除R41外,其它10种工质对循环整体COP的提升程度差异不明显。综上所述,机械过冷CO_2跨临界制冷循环更适用于环境温度较高、蒸发温度较低的场合。     

CO2热泵系统气冷器的热力学性能分析

针对CO₂热泵系统螺旋套管式气冷器,基于MATLAB建立了仿真模型,采用单因素分析方法,研究进水温度、CO₂压力和质量流量对气冷器换热量、■耗散、■损失、■效率以及出水温度的影响。经实验验证,在进水温度为24.5～35.0℃、CO₂压力为8.4～10.7 MPa、CO₂质量流量为0.032 6～0.047 6 kg/s工况下,气冷器模型制热量与实验数据相比总体误差在±10%以内。模拟结果表明：相比进水温度和CO₂质量流量,CO₂压力对气冷器性能的影响更为显著,且存在最优压力。在进水温度为20℃、CO₂进口温度为90℃工况下,当CO₂压力为10 MPa时气冷器■效率最高,当CO₂压力为11 MPa时气冷器换热量最大;当进水温度低于20℃时,CO₂压力为10.5 MPa时出水温度最高。     

CO2制冷压缩机性能检测装置与试验研究

根据CO₂制冷压缩机的运行特点,设计了一套适用于跨临界循环的压缩机性能检测装置,该装置适用于制冷量为14 kW⁷0 kW的冷冻冷藏及热泵系统用CO₂压缩机的测试,试验方法为制冷剂气体流量计法和跨临界气体冷却器法;在此基础上开展了CO₂制冷压缩机的性能测试,结果表明,该压缩机的主侧制冷量、辅侧制冷量及主辅侧平均值的测量结果重复性偏差均在±1%以内。     

两相CO2喷射器混合室直径优化与模拟分析

混合室直径对两相喷射器的性能影响显著。结合湍流射流理论，本文提出两相喷射器混合室直径的射流分析设计方法：当混合射流的流量增至喷射器的目标总流量时，射流外边界的直径即为最优混合室直径。根据该方法优化某型号CO₂喷射器的混合室直径，引射比为0.5时的最优直径为2.4 mm。利用数值模拟研究混合室直径对CO₂喷射器性能的影响，结果表明：在相同条件下，混合室最优直径为2.2 mm。当混合室直径为2.4 mm时，喷射器压升为0.9 MPa,相比优化前提高了57.9%。结合射流理论，拟合了无量纲最优混合室直径的关联式。当引射比为0.4～0.8时，无量纲最优直径为1.7～2.1。关联式的预测结果与CFD模拟结果相差-6%～10%,可用于工程上预估最优混合室直径。     

超临界CO2方法制备纳米蒙脱土/氢化丁腈橡胶复合材料

比较了超临界CO₂方法与机械共混法制备的纳米蒙脱土/氢化丁腈橡胶复合材料的结构与性能,以验证超临界CO₂方法在氢化丁腈橡胶复合材料制备中的有效性。并研究了超临界CO₂处理条件对蒙脱土分散情况的影响。XRD及TEM研究表明,与机械共混法相比,超临界CO₂处理有效提高了氢化丁腈分子向蒙脱土层间扩散的能力,使层间距进一步增大,最大达3.93 nm。同时,蒙脱土片层能够均匀无规地分散于氢化丁腈橡胶基体中,且具有较高的剥离程度。而超临界处理时,温度和压力的变化对蒙脱土的分散情况影响不大。蒙脱土加入后,蒙脱土/氢化丁腈橡胶复合材料的拉伸强度显著提高,从14.4 MPa分别增加到16.3 MPa（机械共混法）和19.6 MPa（超临界CO₂方法）,断裂伸长率也略有增加。超临界CO₂方法比机械共混法所制备复合材料的力学性能要高,且在介质浸泡前后,仍能够保持较好的力学性能。     

超临界CO2循环冷端温度优化研究

超临界CO₂循环冷端排出的热量温度较高,优化冷端温度对于提高循环的效率有重要作用。为了获得最佳的全年平均效率,有必要引入人工制冷,使超临界CO₂循环运行在更优化的冷端温度下。针对550℃/20 MPa参数的分流再压缩方式的超临界CO₂循环,通过热力学方法,分析了自然冷却和人工制冷组合条件下,冷端温度为5~35℃的不同工况下全年平均循环效率,并对冷端温度优化方法的适用性和经济性进行了研究。选取优化的冷端温度,将自然冷却和人工制冷相结合,可提高机组的全年平均效率。对于我国北方地区,冷端温度优化方法有较佳的适用性。引入人工制冷导致机组设备投资增加,但是机组运行效率的提高带来更多的发电收入,并在机组全寿期产生可观的收入增量。