开式简单布雷顿制冷循环热力学优化 1.热力学建模

为准确描述开式简单布雷顿制冷循环的热力学性能,根据工质流动机理的一致性,采用与开式布雷顿正循环研究类似的研究方法,建立了考虑压降不可逆性的开式简单布雷顿制冷循环的热力学模型,导出了制冷率和制冷系数等性能参数与压缩机进口相对压降的函数关系,并分析了循环的热力学性能。结果表明,压缩机消耗功率、高温侧换热器换热率、膨胀机输出功率、制冷率和排气损失引起的热流率都与质量流率成正比,存在最佳的压缩机进口相对压降使循环制冷率最大。     

回热式变温热源空气制冷循环容积制冷率优化

考虑热阻损失、压缩机与膨胀机的内损失及管路系统的压力损失，研究一个比较接近实际装置的回热式交温热源空气制冷循环，得出了循环容积制冷率制冷系数的解析关系式。由数值计算分析了压比、热导率分配以及工质与热源间的热容率匹配等参数对容积制冷率的影响。     

内可逆四热源吸收式制冷循环的热经济性能优化

应用内可逆四热源吸收式制冷循环模型，分析吸收式制冷机受传热不可逆性影响时的热经济性能。在牛顿传热定律下，导出了循环的最佳热经济性目标和制冷系数的基本优化关系和最大热经济性目标及相应的制冷系数与比制冷率；通过数值算例，得出循环参数对循环的热经济性目标、制冷系数和比制冷率的影响关系。     

线性唯象传热定律下不可逆四热源制冷循环最优性能

在恒温热源内可逆四热源吸收式制冷循环的基础上，考虑环境热源到制冷空间的热漏、工质的内部耗散以及工质与外部热源问的热阻损失，建立传热服从线性唯象定律的不可逆吸收式制冷循环的模型，导出循环的制冷率和制冷系数的基本优化关系、最大制冷系数及相应的制冷率和最大制冷率及相应的制冷系数，给出了最佳换热面积，并通过数值计算分析了设计参数对循环的制冷率、制冷系数的影响。所得结果对实际吸收式制冷机的设计和运行有一定的指导意义。     

热漏对内可逆四热源制冷系统的影响

在恒温热源内可逆四热源吸收式制冷循环的基础上，建立不可逆吸收式制冷循环的模型，考虑环境热源到制冷空间的热漏以及工质与外部热源间的热阻损失，导出牛顿定律下循环的制冷率和制冷系数的基本优化关系、最大制冷系数及相应的制冷率和最大制冷率及相应的制冷系数；并通过数值计算分析了循环参数对循环的制冷率、制冷系数的影响。     

太阳能喷射/压缩复合制冷循环性能研究

研究了一种太阳能喷射/压缩复合制冷循环,由太阳能集热子系统、喷射制冷子系统及压缩制冷子系统组成,系统充分利用热电两种能源以及两种制冷方法各自的优点,优化喷射制冷子系统工作性能的同时,改善压缩式子系统的工作条件,从而提高复合制冷循环性能的同时节约高品位电能。采用性能较好的高蒸发温度式喷射制冷带走压缩机排气余热具有实际意义。通过数值模拟的手段分析系统性能及其主要影响因素,并优化工作条件。研究表明,与相同工作条件下的单压缩制冷循环相比,复合制冷循环工作日全天候运行时电力性能系数提升约为31.5%,节电优势显著。存在一个最佳的喷射子系统蒸发温度使得复合制冷循环性能系数达到运行工况的最大值。     

不可逆半导体固态热离子制冷器性能分析和优化

建立了考虑外部有限速率传热过程和热源间热漏的不可逆半导体固态热离子制冷器模型,基于非平衡热力学和有限时间热力学理论导出了热离子制冷器的制冷率和制冷系数的表达式;对比分析了不可逆热离子制冷器与可逆热离子制冷器的发射电流密度特性、电极温度特性以及制冷系数特性;研究了不可逆系统的制冷率与制冷系数最优性能,得到了制冷率和制冷系数的最优运行区间;通过数值计算,详细讨论了外部传热以及内部导热、热源间热漏损失、热源温度、外加电压、半导体材料势垒等设计参数对热离子装置性能的影响。在总传热面积一定的条件下,进一步优化了高、低温侧换热器的面积分配以获得最佳的制冷率和制冷系数特性。结果表明,由于存在内部和外部的不可逆性,热离子装置的发射电流密度及制冷系数都会明显降低;不可逆半导体固态热离子制冷器的制冷率与制冷系数特性呈扭叶型;合理地选外加电压、势垒等参数,可以使制冷器设计于最大制冷率或最大制冷系数的状态。     

内可逆四热源吸收式制冷机生态学最优性能

基于能量分析的观点,建立了反映四热源吸收式制冷机制冷率与熵产率之间最佳折中的生态学准则,分析了线性(牛顿)传热定律下内可逆四热源吸收式制冷机的生态学最优性能.导出了生态学目标与制冷系数的优化关系和最大生态学目标值及其相对应的制冷系数、制冷率和熵产率,确定了循环主要参数的生态学优化选择范围.数值算例分析了制冷率目标和生态学目标的相互关系,计算表明生态学准则对吸收式制冷机优化设计是一种具有长期效应的可选优化目标.     

开式双轴燃气轮机循环的热力学优化

考虑实际动力装置的尺寸约束,基于有限时间热力学的思想建立了具有压降不可逆性的开式双轴燃气轮机循环模型。在该模型中,工质沿途有八种流阻。这些流动阻力均为模型入口相对压降的函数,控制着循环输出功率等性能参数。导出的性能参数的函数表明,通过改变质量流率(或沿通流路径压力损失)可以使开式双轴燃气轮机循环的热力学性能最优。结果表明,循环最大输出功率对应一个最佳的质量流率(或沿通流路径压力损失),如此也可以确定一个压气机压比的附加最大值。在燃油消耗和装置总尺寸约束条件下,对模型入口和出口之间的流通面积进行优化分配,可以进一步优化循环功率效率。     

开式微型燃气轮机外燃循环的功率和效率优化

考虑实际动力装置的尺寸约束,基于有限时间热力学的思想建立了具有压降不可逆性的开式微型燃气轮机外燃循环模型。在该模型中,工质在流动过程中将依次遭遇8种流动阻力。这些流动阻力均为压气机入口相对压降的函数,并且控制着质量流率和循环输出功率。导出的循环输出功率、效率及其它的一些参数的表达式表明,调整质量流率可以优化开式微型燃气轮机外燃循环的热力学性能。分析表明,存在最佳的质量流率使循环输出功率最大,该最大功率对应于压气机压比存在附加最大值。给定动力装置燃油消耗和总尺寸的情况下,通过合理分配压气机入口和涡轮机出口之间的流通面积,可以进一步使循环功率效率最大化。     

变温热源内可逆中冷回热布雷顿循环功率密度优化

以功率密度为目标,用有限时间热力学的方法,通过数值计算,对变温热源条件下的内可逆中冷回热布雷顿循环的高、低温侧换热器的热导率分配和中间压比、循环总压比和工质与热源间的热容率匹配进行优化。分别得到了最大功率密度、双重最大功率密度和三重最大功率密度,并分析了热力学参数对高低温侧换热器的热导率最优分配、最佳中间压比、最大功率密度和双重最大功率密度的影响。     

制冷空调系统的冷却水节能运行研究

计算了典型两级压缩制冷系统循环中压缩机功耗与冷凝温度的关系。根据对两个工业制冷装置的实地测试和分析。提出了制冷空调装置在部分负荷时冷却水系统的节能调节原则。该原则可指导现行制冷空调装置的节能调节和新制冷空调装置的优化设计。     

热阻、热漏和内不可逆性对两级吸收式制冷循环性能的影响

建立考虑工质与外部热源间的传热损失、内不可逆性损失及外部热源热漏损失的不可逆两级吸收式制冷循环模型,给出制冷系数和制冷率的一般关系。在6个换热器总热导率一定时,对循环性能进行优化,导出循环制冷率和制冷系数的基本优化关系,并得到制冷率和制冷系数的极值。通过数值算例,分析热阻、热漏和内不可逆性损失对循环性能的影响规律。     

内可逆空气制冷机性能的生态学优化

基于[火用]分析的观点，运用有限时间热力学方法对内可逆空气制冷机进行生态学优化，导出了换热器热导最优分配时的最佳制冷功率、熵产率以及生态学（E）目标函数的解析式，进一步求得最大E目标值时的工质等熵温比（压比）界限及相应的制冷系数、制冷功率和熵产率；采用数值计算分析了热源温比、换热器总热导以及高温热源温度和环境温度之比对该制冷机生态学最优性能的影响。结果表明：生态学目标函数不仅反映了[火用]输出率和熵产率之间的最佳折衷，而且也反映了制冷功率和制冷系数之间的最佳折衷。     

开式回热燃气轮机热电冷联产装置性能优化

建立了考虑压降的开式回热燃气轮机热电冷联产装置的有限时间热力学模型,导出了各个部件的相对压降和各个热流率与压气机进口相对压降的关系式,以第一定律效率、[火用]输出率、[火用]效率和利润率为目标,在无燃料消耗和装置尺寸约束下,通过数值计算发现分别存在最佳的压气机进口相对压降使[火用]输出率和利润率取得最优值,进一步优化压比,得到了最大[火用]输出率和利润率,分别存在最佳的供热温度使最大[火用]输出率和利润率取得双重最大值,以利润率为设计目标能够减小装置的尺寸.在燃料消耗和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降,得到了最优效率,同时各部件流通面积分配也得到了优化.回热能够增大装置的利润率和效率.     

制冷空调系统的冷却水节能运行研究

计算了典型两级压缩制冷系统循环中压缩机功耗与冷凝温度的关系。根据对两个工业制冷装置的实地测试和分析 ,提出了制冷空调装置在部分负荷时冷却水系统的节能调节原则。该原则可指导现行制冷空调装置的节能调节和新制冷空调装置的优化设计。     

变温热源Lenoir循环功率和效率优化

应用有限时间热力学理论,建立了内可逆变温热源定常流Lenoir热机模型,导出了其功率P和热效率η。通过数值计算,得到了P和η与换热器的热导率分配uL和工质与热源间的热容率匹配Cwf1/CH之间的关系。结果表明:当高温侧换热器热导率UH、低温侧换热器热导率UL给定时,P-η为一个“点”;当uL可优化时,P-uL和η-uL呈类抛物线型变化,即存在热导率分配最优值uL和最大效率点ηmax;随着Cwf1/CH的增大,Pmax-Cwf1/CH呈类抛物线型变化,即存在热容率匹配最优值Cwf1/CH opt,使循环达到二次功率最大值(Pmax)max。     

广义不可逆联合制冷循环有限时间(火用)经济性分析与优化

研究了存在热阻、热漏和内不可逆性的广义不可逆联合制冷循环有限时间(火用)经济性能,导出在线性传热定律下循环最佳利润率和最佳制冷系数的解析式以及二者的优化关系,并用数值算例对比分析了热漏、内不可逆性和价格比对利润率和(火用)经济性能界限的影响.     

不可逆双谐振通道能量选择性电子制冷机热力学性能优化北大核心CSCD

建立了考虑线性热漏的不可逆双谐振通道能量选择性电子(energy selective election,ESE)制冷机模型,导出了制冷机制冷率和制冷系数的表达式,应用有限时间热力学理论研究了系统制冷率与制冷系数最优性能,通过数值计算,详细分析了热漏、能量宽度、能量间距等设计参数对ESE制冷机最优性能的影响。研究发现,系统的制冷率和制冷系数都会随热漏的增加而减小;给定能量间距时,制冷率和制冷系数都会随能量宽度的增加而先增大后减小,存在最优的能量宽度使制冷率或制冷系数达到最大值;给定能量宽度时,制冷率和制冷系数会随能量间距的增加而先增加后减小,存在最优的能量间距使制冷率或制冷系数达到最大值。合理地选取能量宽度、能量间距等参数,可以使不可逆的双谐振ESE制冷机设计于最大制冷率或最大制冷系数的状态。     

高炉余能余热驱动ICR Brayton CHP装置的(火用)性能优化

采用有限时间热力学的思想,建立了高炉余能余热驱动的变温热源不可逆中冷回热(ICR)布雷顿热电联产(CHP)装置模型.以(火用)输出率和炯效率为目标优化了装置的性能,发现回热器对炯性能的影响在所有换热器中是最小的,当给定回热器热导率分配时,分别存在两个最佳的中间压比和两组最佳的高、低温侧和热用户侧换热器以及中冷器的热导率分配使炯输出率和炯效率取得最大值.进一步优化总压比,得到了双重最大(火用)输出率和炯效率.增大高炉余热源入口温度、压力恢复系数、压气机和涡轮机效率有利于提高装置的炯性能,在一定范围内,热用户温度越高越好.最后发现分别存在最佳的工质与热源间的热容率匹配使(火用)输出率和(火用)效率取得三重最大值.