CO2微通道气冷器流量分配和换热特性的数值模拟及验证

本文建立了CO_2微通道气冷器集流管和微通道扁管两部分的物理模型并进行网格划分,模拟研究了扁管插入集流管深度f分别为4、5、6 mm和入口管在集流管1/6、1/2位置处对质量流量分配的影响,实验验证了CO_2微通道气冷器扁管壁面温度分布。结果表明:当f为4 mm、入口管位于集流管1/6处时,质量流量分配最均匀,此时不均匀度为0.4×10~(-3);模拟扁管内CO_2换热特性发现随着CO_2质量流量的增加,扁管换热量增加,流量由2.3 kg/h增至2.5 kg/h,换热量提高了21.4%;当质量流量一定时,CO_2的出口温度随着CO_2入口温度的升高而升高,在不同CO_2入口温度条件下,微通道扁管壁面温度实验值与模拟值误差在10%以内,验证了模拟的准确性。     

空调用翅片管式蒸发器的模拟与分析

建立R410A翅片管式蒸发器的稳态分布参数模型,分析制冷剂侧换热、压降、温度和干度沿流程的分布情况,并讨论风量、制冷剂流量及翅片管结构形式对蒸发器换热和流动性能的影响,为翅片管式蒸发器的设计和性能优化提供理论依据。     

跨临界CO2气冷器火积耗散分析

跨临界CO2系统已成为热泵及空调领域的研究热点,本文以CO2气冷器为研究对象,管内外两种流体因温差传热与流动阻力引起系统火积耗散,通过建立的CO2气冷器跨临界区二维分布参数模型求解系统火积耗散数 。分析系统火积耗散数产生的主要原因及沿程分布,讨论CO2、水入口状态参数对系统火积耗散数的影响。结果表明系统火积耗散数主要由温差传热引起,温差越大,系统火积耗散数越大。各微元段火积耗散数与CO2温降幅度呈反比关系,在临界点 达到最大值。随着CO2质量流率、压力的增大,系统火积耗散数逐渐增大;随着水质量流量的增大,系统火积耗散数逐渐减小,减小幅度随着压力的增大而减小。系统火积耗散数随着CO2入口温度的增大而减小,CO2入口温度越大,减小幅度逐渐降低。水入口温度对系统火积耗散数的影响非常小。     

CO2套管式气体冷却器设计及试验研究

设计开发一台名义制热量为4．5kW的CO2套管式气体冷却器,并在CO2换热器性能试验装置上进行试验研究。试验结果表明,利用Petukhov—Popov—Kirilo传热关联式设计计算结果与试验结果一致性较好,偏差小于10％。     

CO_2跨临界制冷循环气体冷却器研究现状

由于臭氧层的破坏和温室效应的加剧,HFCs和HCFCs制冷剂将逐步被替代。零ODP,低GWP的CO2是非常理想的替代制冷剂,CO2跨临界制冷循环以优异的热力学性能在汽车空调领域、民用住宅领域都有应用。在CO2跨临界循环系统中气体冷却器起着重要作用,对整个系统的能效有着显著的影响。本文总结近十年来CO2跨临界制冷循环气体冷却器在结构设计、计算模拟方面的研究进展。紧凑、高效、廉价以及更精确的模拟计算方法是气体冷却器未来的研究方向。     

二氧化碳翅片管式蒸发器模拟与分析

运用分布参数法建立采用CO2的翅片管式蒸发器的数学模型，分析制冷剂侧和空气侧温度、压力和换热的变化情况。同时讨论迎面风速和制冷剂质量流量对蒸发器换热和流动性能的影响，结果表明提高迎面风速可以增加换热效果，但增加的趋势趋于平缓。制冷剂侧压降则成近似线性增大；随着管内工质流量的增大，蒸发器总换热量和制冷荆侧压降都成近似线性增大。这些工作有助于进一步了解CO2在翅片管式蒸发器中的换热和流动特性，并为换热器的优化设计和系统的匹配提供理论依据。     

跨临界CO2汽车空调微通道气体冷却器的设计开发

基于平均温差法,调用REFPROP7.0确定超临界CO2剧烈变化的热物性,采用迭代方法对紧凑式微通道气体冷却器进行设计.选用近期发表的两个超临界CO2管内换热计算关联式进行设计计算,结果表明二者对气体冷却器的设计影响不大;CO2侧压降计算表明压降很小.文章阐述了有关试制工艺.     

基于分形论的深冷翅片管气化器结霜数值模拟

利用分形理论DLA模型,建立翅片管气化器深冷表面霜层生长模型,通过控制程序循环次数模拟了深冷表面霜层生长不同阶段。结合实验观测到的深冷表面霜层生长过程,从分形维数和霜层密度两个方面验证数值模拟的合理性。结果表明,结霜初期随着初始霜枝晶上不断长出分枝晶,霜层密度随厚度的增大而减小,且深冷表面上霜层分形维数较一般冷表面分形维数大,说明深冷表面霜的生长更加复杂,充满空间的能力更大。这对进一步理解空温式深冷翅片管气化器表面结霜机理,探索有效除霜方法,提高气化器换热特性有重要意义。     

空温式深冷翅片管气化器表面结霜特性实验研究

空温式深冷翅片管气化器实际使用中,表面往往会结霜,影响传热效果。由于结霜过程的非稳态性,理论分析较为困难。这里以液氩为工作介质对气化器结霜过程进行了实验,获取了一些数据。根据实验数据拟合了翅片管表面非稳态的结霜厚度和沿管长方向的结霜速度的多项式,多项式在霜层生长稳定期的计算结果和实验结果均方误差小于23%。表明通过反复实验,不断完善数据,可以使拟合结果具有更好的适用性,也为工程设计提供指导。     

等焓加湿翅片管式换热器与房间空调器性能的实验研究

针对等焓加湿翅片管式换热器和房间空调器的性能进行了实验研究。以热水作为被冷却介质,对换热器进行了对比实验研究,在不同环境温度下测量了原换热器换热量和淋水量为0.053kg/s下填料厚度分别为50mm、65mm、80mm和100mm时换热器的换热量。对等焓加湿房间空调器性能进行了对比实验研究。研究结果表明:等焓加湿可提高翅片管式换热器的冷却效果,且随着环境温度的增大,换热量增幅也增大;等焓加湿换热器的风量随填料厚度的增加而减小;淋水密度的大小决定了填料的湿润程度,在淋水量为0.053kg/s时,100mm厚填料的表面刚好完全湿润;在室外侧空气干球温度为35℃、湿球温度为24℃,室内侧空气干球温度为27℃、湿球温度为19.5℃时,等焓加湿房间空调器的能效比EER值提高了15.3%。     

直接供液CO2冷风机的设计优化

以肋片间距、管中心距、管排数、每排管数、传热管外径、换热管单管长度等作为决策变量,以换热器体积、传热系数作为目标函数,采用最优化算法对CO2冷风机的结构参数进行了优化,并将两组优化结果进行了比较,对比结果表明这两种优化方法均存在不足。在此基础上采用兼顾换热器体积、传热系数和空气侧阻力的多目标优化函数对CO2冷风机的结构参数进行优化,结果表明:经过加权选取的多目标最优化结果总体上最优。通过实验对优化结果进行了验证,实验结果表明CO2冷风机存在着一个最佳的充注率,在此充注率下具有最高的传热系数。     

润滑油对CO_2气体冷却器性能的影响

本文对含有PAG润滑油的CO2气体冷却器建立了理论模型,通过人工神经网络对含油的CO2对流换热系数进行预测,通过与实验结果进行比较,验证了模型的准确性。进一步分析和计算结果表明:气冷器的热效率随管道的长度的增加而增大,但增幅逐渐放缓。对于实际使用的气冷器,考虑设备运行的经济性,应合理设计气冷器的长度。对于小管径的气冷器(Dh≤2mm),少量的润滑油(ω≈1%)即会明显削弱气冷器的传热系数与热效率;但对于大管径的气冷器(Dh≥4 mm),少量的润滑油对气冷器的影响不明显。在实际小管径气冷器运行过程中,要尽量降低进入气冷器中的润滑油含量,以保证气冷器较高的换热性能。气冷器的热效率随CO2侧压力的增加而增大,但增幅逐渐变缓。CO2侧压力越接近临界压力,由于润滑油的存在导致气冷器热效率降低的幅度越大,并且气冷器的管径越小,降低幅度越明显。     

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。     

二氧化碳套管式气体冷却器换热性能的实验研究

总结了不同形式CO2气体冷却器的国内外研究现状,对直管、矩形螺旋和圆形螺旋三种套管式气体冷却器性能进行模拟,提出用单位压降换热量来评价超临界条件下气体冷却器的性能,根据模拟结果设计了一套矩形螺旋套管式气体冷却器,实验研究了气体冷却器的CO2入口压力、进水流量和进水温度对气体冷却器传热系数、换热量、COP以及换热器效能等性能的影响。结果表明：当气体冷却器CO2进口压力为8 MPa,进水流量在1.56 kg/min和进水温度在9 ℃时气体冷却器性能较优,系统COP最大可达2.85。研究结果为CO2热泵热水器中的实际应用提供参考。     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。     

二氧化碳跨临界循环系统用新型膨胀机的研发

由于传统的人工合成制冷剂对环境的不良影响,环保的自然工质CO2重新兴起。提高CO2跨临界循环系统的效率成为CO2制冷技术发展的一个研究重点。采用膨胀机可以提高CO2跨临界循环系统的效率,使其接近普通制冷系统的效率。在原有单缸滚动活塞膨胀机的基础上,设计并加工了新型双缸膨胀机样机,对其设计过程、运动原理等进行了介绍,并利用CO2跨临界水-水热泵系统对样机进行了性能测试,测试结果显示,在试验工况下,膨胀机的转速为780～1100r/min,其等熵效率的为28%～33%。     

CO2跨临界膨胀机的开发与实验研究

作为自然工质,CO2制冷系统越来越受到关注,然而目前CO2跨临界循环研究面临的最大问题是如何提高系统效率,使之能与普通工质循环竞争。为降低CO2跨临界循环的节流损失,开发膨胀机代替节流阀是研究的重要方向。文中给出开发CO2滚动活塞膨胀机的依据,以及在设计过程中需解决的吸气控制系统、泄漏和摩擦等问题采取的措施,同时建立CO2跨临界循环系统带膨胀机系统的实验装置,并对CO2滚动活塞膨胀机进行实验研究,发现膨胀机的输出功与负载有关,同时得出膨胀机的最高效率可达到32％以上,进一步的改进工作仍在进行。     

CO_2冷风机性能测试实验研究

本文搭建了测试CO_2冷风机性能的实验台,在直接膨胀供液系统和泵供液系统下,通过改变传热温差、库温、循环倍率、迎面风速等参数来研究CO_2冷风机的性能。结果表明:在直接膨胀供液系统中,随着蒸发温度的降低,传热系数和制冷量均呈减小的趋势,蒸发温度从-22℃降低到-47℃时,传热系数从20.2 W/(m2·K)降低到16.6 W/(m2·K),制冷量从7.5 k W降低到6 k W;在泵供液系统中,随着循环倍率的增加,传热系数呈现先增大,达到最大值后缓慢减小的趋势,当循环倍率为3时,传热系数达到最大值,以库温为-20℃时为例,当循环倍率从1增大到3,传热系数增大约13.2%,循环倍率继续增大时,传热系数开始下降,增大到5时,换热系数下降至2%左右。当迎面风速从2.2 m/s变化至2.5 m/s时,传热系数仅增加了2.12%;但迎面风速从2.5m/s变化至3.2 m/s时,增幅为11.4%;当迎面风速从3.2 m/s变化至3.5 m/s时,传热系数增长幅度又变缓,仅增加了0.88%。