新型制冷剂R1234yf的性能分析

本文先介绍目前对制冷剂选择的要求,然后从热物理性质、材料兼容性、溶油性、热工性能等几个方面,比较新型制冷剂R1234yf与R32、R22及R717的优劣,讨论新型制冷剂在减排、安全、节能要求下发展前景。     

水平管内水蒸汽冷凝换热特性的数值模拟

对水蒸汽在内径为8 mm的水平圆管内,不同管壁温度、蒸汽流速、压力和入口过热度下的冷凝过程,采用通用CFD软件Fluent 13.0中的Mixture模型,结合UDF编程对水平管内冷凝物理模型进行数值模拟。通过分析相应的冷凝液分布云图、体积分数和局部换热系数的变化曲线,得出蒸汽在水平管内冷凝换热系数与壁温、蒸汽流速、压力和入口过热度的变化规律。并将模拟结果与实验测试结果进行了对比,得出模拟结果比计算值偏高约30%。     

高温气体与过冷液直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体与制冷剂过冷液体直接接触凝结换热的新型制冷循环,结合自然工质氨的热力特性,分析直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩和单级压缩制冷循环的性能进行对比,得出：随着主循环饱和液温度的升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数先增大后减小存在最大值,冷凝器散热量先减小后增大存在最小值,流过蒸发器的制冷剂质量流量逐渐增大。在相同蒸发温度和冷凝温度下,当过冷液体的过冷度为20℃时,较常规双级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高4.92%,冷凝器散热量减少6.65%,蒸发器的制冷剂质量流量减少7.2%～7.9%;当过冷液体的过冷度为5℃时,较常规单级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高6.52%,冷凝器散热量减少3.32%,蒸发器的制冷剂质量流量减少8.58%～8.91%。结果表明氨直接接触凝结制冷循环较常规制冷循环具有明显的优势。     

高温气体与过冷液直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体与制冷剂过冷液体直接接触凝结换热的新型制冷循环,结合自然工质氨的热力特性,分析直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩和单级压缩制冷循环的性能进行对比,得出:随着主循环饱和液温度的升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数先增大后减小存在最大值,冷凝器散热量先减小后增大存在最小值,流过蒸发器的制冷剂质量流量逐渐增大。在相同蒸发温度和冷凝温度下,当过冷液体的过冷度为20℃时,较常规双级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高4.92%,冷凝器散热量减少6.65%,蒸发器的制冷剂质量流量减少7.2%~7.9%;当过冷液体的过冷度为5℃时,较常规单级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高6.52%,冷凝器散热量减少3.32%,蒸发器的制冷剂质量流量减少8.58%~8.91%。结果表明氨直接接触凝结制冷循环较常规制冷循环具有明显的优势。     

集成引射器与机械过冷的CO2冷热联供系统性能分析

为提高CO₂系统用于建筑全年空间供热供冷的性能,本文提出集成引射器与机械过冷的跨临界CO₂冷热联供系统(EJ-DMS)。通过构建系统的热力学模型,以性能系数(COP)为目标函数,采用遗传算法对排气压力和过冷度进行优化,并对系统应用于5个典型城市的能耗、全年性能系数(COP_ann)进行场景分析。结果表明：EJ-DMS相比常规机械过冷系统、常规引射系统,COP在制热和制冷模式下分别提高10.90%、5.58%和8.99%、18.12%,COP_ann分别提高7.95%和5.98%。EJ-DMS相比常规引射系统在制热和制冷模式下排气压力分别降低0.47 MPa和0.77 MPa。此外,EJ-DMS系统在广州和哈尔滨运行时的COP_ann提升率最大,表明其更适合环境温度较高或较低的地区,如夏热冬暖和严寒地区。本文可为CO₂冷热联供系统的构建和优化提供理论参考。     

CO_2水平管外池沸腾换热的实验研究

对自然工质CO2在不同沸腾压力下的光管、机械加工表面强化管(Turbo-EHP)水平单管管外电加热池沸腾进行了实验研究。从核态沸腾的角度分析了光管、强化管管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律,通过对热流密度在10~50k W/m2、蒸发压力在2~4 MPa范围内的换热数据分析拟合得出光管时CO2在该范围下的换热关联式,拟合关联式的计算值和实验值的误差在±8.73%以内。新的拟合关联式的计算值与已有关联式的预测值的偏差在±15%之内。在热流密度范围内强化管的强化倍率在1.50~1.72之间。研究结果对进一步深入研究CO2池沸腾换热及蒸发器的设计具有指导意义。     

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。     

基于热力学完善度的R290房间空调器能效预测研究

在《基加利修正案》正式生效的背景下,R290作为低GWP制冷剂,预计未来在房间空调器工质替代领域会发挥重要作用。我国房间空调器的使用量巨大,能效标准的合理制定对设备制造行业的技术进步会起到重要促进作用。首先对已有房间空调器的能效标准进行总结,并进一步基于R290制冷循环,通过基于热力学完善度和趋势外推法,对房间空调器的能效进行预测。结果表明其热力学完善度及能效比随夹点温差的减小以及等熵效率的提高逐渐上升。得到了未来不同能效等级的热力学完善度及能效值范围,其中2025年单冷式房间空调器额定制冷量为4500 W及以下的1级能效范围在6.1～6.2之间,热泵型房间空调器额定制冷量为4500 W及以下的1级能效范围在5.3～5.4之间。     

冷却速率对洋葱内表皮细胞结构的影响

本文通过控制冷却速率观测了洋葱内表皮细胞结构的动态变化,根据透光强度定量分析了胞内冰晶对细胞结构的影响,对内压与体积的变化关系进行讨论,并研究了冷却速率对过冷度、结晶时间及细胞形变的影响。结果表明:冷却速率越慢,细胞内产生的冰晶数量越少,体积越大,对细胞造成的机械损伤越大。冷却速率从2℃/min升至90℃/min时,细胞的平均灰度值下降了37.2%;体积随内压的增大而减小,内压变化越大,细胞结构的变化越显著,在2℃/min时,冷却-复温后,内压增大了0.388×10~(-2) Pa,体积减小了2.264×10~(-13) m~3。冷却速率对细胞的过冷度、结晶时间及变形量影响显著,在90℃/min时,冷却-复温后相对体积变化为1.24%。     

数据中心刀片式服务器不同冷却方式的模拟对比

本文以刀片式服务器的冷却为研究对象,应用6SigmaDC软件的电子热分析模块,构建了刀片式服务器模型,对不同参数下的翅片式散热器在刀片式服务器中的散热情况进行了数学模拟。得到翅片式散热器翅片高度、齿数、翅片厚度等多个参数对散热器散热性能的影响规律,通过对比分析得到翅片散热器的最优结构参数,及芯片风冷散热所能达到的最低温度。为优化芯片的散热,在相同服务器上构建冷水板水冷散热模型,与风冷散热时芯片的温度进行对比,得出芯片水冷散热性能是风冷散热的1. 3倍。基于刀片式服务器内部温度分布分析,提出刀片式服务器采用风冷与水冷相结合的混合冷却为最佳散热方式,为数据中心服务器的散热设计提供了理论参考。