部分热回收风冷热泵冷热水机组性能实验研究

以一台额定制冷(热)量为45 k W的部分热回收风冷热泵机组为平台,研究和分析了样机在名义制冷、名义制热工况,在保持使用侧和热回收侧水流量不变条件下,开启热回收功能后得到出水温度为45℃和50℃热水时样机的运行参数和性能变化规律。结果表明,在名义制冷工况45℃和50℃热水出水温度时,样机制冷性能系数(COP)比无热回收分别变化-10.55%~1.09%和3.64%~12.73%,热回收综合制冷COP分别达到3.38~3.69和2.98~3.15,出水温度由45℃升高到50℃且分别采用单双风机冷凝时,样机制冷COP下降2.44%~4.68%;在名义制热工况热水45℃和50℃出水温度时,样机制热COP比无热回收降低10.96%~21.58%,50℃出水时制热COP比45℃出水时升高4.42%,热回收综合制热COP分别达到了3.28和3.09。     

新型部分自复叠热泵的理论研究

提出了一种新型部分自复叠热泵,通过调节复叠率,该热泵可以控制压缩机的排气温度在安全温度(120℃)以内,并且把水加热到生活用热水所要求的温度(55℃),同时使热泵达到最高的能效比(COP).采用Matlab调用NIST制冷剂物性数据库Refprop 7.1编程对该热泵进行理论计算,分析了压缩机排气温度和热泵COP的影响因素,确定了最佳运行状态.理论计算结果表明:采用该新型部分自复叠热泵,可使压缩机排气温度下降30℃左右,当工质R22质量分数为0.28、冷凝器出口温度为55℃时,调节复叠率为0.717,可使压缩机排气温度降低至120℃,系统COP达到2.214.     

变吸气工况R32涡旋压缩机湿压缩过程模拟研究

为降低采用R32工质的涡旋制冷压缩机在高温、高压比下的排气温度并提高其性能,建立了湿压缩模拟的压缩过程模型,结合两相泄漏模型和传热模型,对其在不同吸气工况下的工作过程进行了数值模拟。该模型以内能为求解参数,可自动判断流态,统一了两相和过热模型,将控制方程从5个降低到2个,简化了编程和求解。结果表明两相和过热工质的压缩特性明显不同,压缩过程中工质的最高温度高于排气温度。在吸气干度≥0.96时,两相工质在压缩过程前已变为过热,不会产生液击。随吸气名义干度的降低,存在最大制冷量和制冷系数(COP),分别位于吸气干度0.97和1.0处,相对吸气温度为35℃时,分别提高了4.2%和2.6%。该模型为预测和优化采用湿压缩的涡旋压缩机提供了一种有效手段。     

先进吸收式制冷循环构建理论及其应用研究

该研究提出了制冷能力的新概念,并将其用于吸收式制冷循环性能的分析及其新循环的构建。针对中低温大温降余热利用不充分的技术难题,该报告创建了一种结构形式简单、能高效利用该类热源的先进吸收式制冷循环,理论研究结果显示,在所研究的工况范围内,新循环单位质量热源流体的制冷量比传统单效循环高20%以上。针对低温余热难以高效利用的技术难题,该报告通过合理利用或者改变溶液的现实扩散制冷能力,根据不同工况的需求,分别构建了3个新的先进吸收式制冷循环。理论研究表明:新构建的循环比传统循环具有更高的效率。针对中温余热难以高效利用的技术难题,该报告分别构建了两个1.x效吸收式制冷循环。理论研究表明,在所研究工况范围内,新提出的1.x效吸收式制冷循环的COP比传统单效循环可以提高20%左右。为了验证所提出的新循环及其所采用的理论模型,该课题设计并搭建了1.x效吸收式制冷循环实验装置。实验研究表明,当蒸发温度为5℃、吸收温度和冷凝温度为40℃、发生温度为135.3℃的时候,新循环的COP比传统单效循环的COP提高20%左右,当发生温度为127℃、冷凝温度和吸收温度为40℃、蒸发温度为10℃时,新循环的COP能达到1左右,比传统单效循环COP高30%左右,从而在实验上验证了新循环具有比传统循环高得多的效率。     

间隙对双螺杆制冷压缩机性能的影响

为清楚解析间隙对螺杆制冷压缩机性能的影响及提高压缩机性能,针对双螺杆制冷压缩机中的啮合间隙和排气端面间隙对压缩机性能的影响程度进行了理论计算和实验研究,结果表明:在相同间隙值下,啮合间隙对螺杆制冷压缩机的容积效率和绝热效率等的影响数倍于排气端面间隙的影响,每增加0.01mm的啮合间隙,会减少0.4%左右的容积效率,而每增加0.01mm的排气端面间隙,会减少0.13%左右的容积效率;在较大啮合间隙工况下,排气端面间隙的改变基本不影响压缩机的容积效率、绝热效率以及系统性能系数(COP)等,但是同时增加啮合间隙和排气端面间隙,会引起压缩机性能参数、制冷量及系统性能系数的下降。因此,在螺杆制冷压缩机的设计中更应注重啮合间隙分布设计,从而有效提高双螺杆制冷压缩机的性能。     

R134a螺旋套管冷凝器换热特性及其对热泵性能的影响研究

为了研究R134a在螺旋套管冷凝器换热性能及其对热泵运行性能的影响,论文采用实验手段,在以水为冷却介质进行循环加热和直流稳态2种条件下,测试了不同进水流量和入口水温状态时R134a在螺旋套管冷凝器内的换热性能和热泵的运行性能。结果表明:循环加热时,同一进水流量随入口水温的升高,冷凝器总换热量、系统制热量和制热性能系数COP减小,而总换热系数和系统输入功率增大;进水流量从1.19 m3/h增大到2.16 m3/h,入口水温从30℃升高到60℃时,系统输入功率的增大范围为750~900 W,制热量的减小范围为600~750 W,COP的减小范围为2.8~3.2,同时流量2.16 m3/h的总换热量的减小量是流量1.19 m3/h的2.5倍,总换热系数的增大量是流量1.19 m3/h的2倍。直流稳态时,进水流量从0.26 m3/h增大到0.71 m3/h,总换热量和总换热系数分别增加了15%和41%;压缩机的排气功力和系统输入功率分别下降了26%和12%,而吸气功力变化较小。     

长沙地区太阳能水源热泵系统冬季工况模拟

为了研究太阳能水源热泵系统供热工况下的运行特性,引入了可再生能源建筑应用工程评价标准中相关方法.通过对长沙地区冬季工况模拟研究和分析,得到太阳能集热系统和水源热泵系统在不同工况下的制热效率.研究结果表明,在引入太阳能后避免了水源热泵机组冬季长时间运行使制热性能下降并频繁进入保护工况,且当蒸发器进口水温为22℃附近时,机组COP较10℃提高了9.13%,达到最优值.     

三缸双级变容积比压缩机在空气源热泵系统中的应用

针对低温热泵用压缩机存在的问题,研究分析压缩机容积比对其性能的影响,提出一种新型三缸双级变容积比压缩机,并结合实验对搭配同一末端的传统双级压缩系统与三缸双级变容积比压缩系统的性能进行对比分析.研究结果表明:三缸双级系统可在-30℃环境正常运行,系统的性能系数(COP)为1.52,而传统双级系统在该种情况下无法运行;三缸双级系统的COP在任何环境温度下均比传统双级系统高1.25%～12.41%.当环境温度一定时,随着供水温度的升高,末端散热量增加,外机最大制热量衰减,COP下降;当环境温度分别为7℃和-25℃时,供水温度从40℃升至55℃的过程中,三缸双级系统的COP分别比传统双级系统高1.15%～8.86%和4.32%～7.33%.所有实验工况下,三缸双级系统单位时间耗电量均比传统双级系统低3.78%～16.67%.     

R134a/R23复叠制冷系统级间容量比的优化分析

为了提高复叠制冷系统的性能以及优化系统设计时各循环压缩机的匹配问题,提出了无量纲参数——级间容量比,即低温循环压缩机进口处的体积流量与高温循环压缩机进口处的体积流量之比。建立了复叠制冷系统的数学模型,分析了级间容量比对中间温度和系统性能系数(COP)的影响,并在蒸发温度为-75~-55℃、冷凝温度为20~50℃及复叠温差为5~13℃的各种工况下,探究了最优级间容量比与工况参数的关系。结果表明:若级间容量比增加,则中间温度增加,COP先增加后缓慢减小,存在使COP最大的最优级间容量比;工况温度对COP的影响大于级间容量比对COP的影响,随冷凝温度上升,最优级间容量增大,蒸发温度上升,最优级间容量比增大;复叠温差增大,最优级间容量比减小;冷凝温度、蒸发温度及复叠温差平均每上升10℃,最优级间容量比变化范围为0.1~0.2。由工况参数和最优级间容量比的计算结果拟合得到了优化关联式,其计算思路和结果分析可为实际设计中各循环压缩机排量的选型匹配提供理论依据。     

电热冷联产光伏辐射板集热集冷性能优化

建立了电热冷联产光伏辐射板(PV/R)组件三维计算流体力学模型,采用Fluent软件进行了夏季晴天工况下管间距和操作流量对组件集热集冷性能影响的模拟分析与优化,并探讨了PV/R组件的经济性和运行模式.集热模式下,PV/R组件电池平均工作温度能控制到50,℃以下,增加流体流量、减小铜管间距有利于降低电池工作温度,但减小管间距不利于集热温度和集热效率的提高.集冷模式下,提高流体与环境之间温差能有效提升辐射制冷功率,流体与环境温差为5~10,℃时,辐射制冷功率达到40~90,W/m~2.权衡集热和集冷性能,PV/R组件优化管间距和适宜流量范围分别为130,mm和180~240,L/h,对应的集热温度、集热效率和辐射制冷功率分别为38~45,℃、48%,~52%,和50~60,W/m~2.     

散热对无油涡旋空气压缩机性能影响的实验研究

针对小型家用制氧机用无油涡旋空气压缩机,分析了散热对压缩机各方面性能的影响机理,对研制样机进行了3种不同冷却方式下的实验研究.研究结果表明:散热是影响无油涡旋空气压缩机性能的一个重要因素;随着排气压力的升高,排气温度升高,容积效率下降,电功率升高;自然冷却方式下压缩机的性能最差,额定排气压力下压缩机的容积效率仅为20%,而动盘强制冷却的效果最好,静盘强制冷却的效果介于两者之间,因此动盘背面的强制冷却是无油涡旋空气压缩机设计的首要考虑因素.     

喷水涡旋空气压缩机工作特性的研究

从变质量系统热力学原理出发,考虑喷水涡旋空气压缩机的换热及工作特点,建立了其热力学模型.通过对喷水涡旋压缩机工作过程的模拟,分析了转速、喷水量、功率、排气温度等参数之间的关系.模拟计算及实验结果表明:当喷水量为60kg/h,排气压力为0 2MPa时,涡旋压缩机的实际功率接近于等温功率,并且随着转速的提高逐渐偏离等温功率;容积效率随着转速的提高而增大,在转速小于3000r/min的范围内,转速对涡旋压缩机的容积效率影响较大;排气温度随着喷水量的增大而降低,与绝热过程相比,在压比为2 0时,排气温度的降低大于40K;喷水引起的额外耗功比压缩机的指示功率小3%.     

设定参数对空调系统能耗的影响

 选择位于深圳的一栋小面积办公建筑为例,建立了建筑空调系统的物理和数学模型,基于EES 和Matlab 软件计算模拟,研究了空调系统的室内设定温度、送风温差、冷冻水和冷却水温差参数对空调系统能效比(EER)、制冷系数(COP)、输送效率和功耗等指标的影响。结果表明,室内设定温度每升高1℃,空调冷负荷减少5.6%,COP 和EER 分别升高7.2%和4.75%;送风温度每升高1℃,冷负荷下降4%,COP 和EER 分别降低5.2%和4.64%,以设备总功耗为单一指标,送风温差9.5℃为最佳值;冷冻水温差每升高1℃,冷冻水输送系数升高7.85%;冷却水温差每升高1℃,冷却水输送系数升高8.68%。该结果对空调设计和施工具有指导意义。     

燃气机热泵系统的制冷性能

对燃气发动机驱动的空气．水热泵系统进行了制冷性能的实验研究．在充分回收发动机余热的情况下,在大范围工况下对影响系统性能的几个重要因素即蒸发器进水温度、蒸发器进水流量、燃气发动机转速以及环境温度等进行了实验研究．结果表明：环境温度31．2℃,蒸发器进水温度由12℃升高到23℃时,室内侧制冷量增加20．4％,系统一次能源利用率提高13.2％;另一方面,当发动机转速由1300dmin升高到190Cr／min时,系统一次能源利用率先增加15．2％,而后降低7．5％,在1600r／min出现峰值．最后获得燃气机热泵系统制冷的最优工况．     

直膨式土壤源热泵系统的理论与实验研究

对直膨式土壤源热泵系统性能系数随影响因素的变化规律进行分析。在热泵系统制热模式下,采用分布参数法建立该系统的稳态数学模型,运用该模型计算热泵系统的性能参数,并在所建直膨式土壤源热泵系统性能试验台上测试该系统的性能。研究结果表明:管壁温度、制热量、性能系数等的计算结果和实验结果较吻合,证明模型基本可靠;随着冷却水流量的增大,热泵系统的制热量和性能系数都会随之增大;随着冷却水入口水温增大,热泵系统的制热量和性能参数都会随之减小;热泵的性能系数在2.8~4.5之间,高于常规的空气源热泵的性能系数。     

气液分离式管内凝结冷凝器的实验研究

设计了一种新型气液分离式管内凝结冷凝器,对该冷凝器进行了实验测试,并与卧式壳管式冷凝器进行了对比分析.研究结果表明:在质量流量为220~330kg/h,饱和温度为35℃、40℃和45℃时,气液分离式管内凝结冷凝器的传热系数线性增大.在高质量流量下,其传热性能明显优于卧式壳管式冷凝器.实验条件范围内,采用气液分离式管内凝结冷凝器的系统比采用卧式壳管式冷凝器的系统制冷剂的出、入口压降降低了45.1%~50.7%,排气压力提高了约1.9%,COP提高了5.0%~9.3%.气液分离式管内凝结冷凝器具有更好的换热性能,有效提高了系统的效率.     

200K/40W自由活塞斯特林制冷机的实验研究

针对温度为200 K低温冰箱,研制了一台大冷量自由活塞斯特林制冷机.实验测试了充气压力和制冷温度对压缩机共振频率的影响;研究了膨胀机固有频率和运行频率对位移相位差的影响关系;采用多点热负荷静态复温法测试了制冷机的静态冷损,证明了氦气和丝网导热对静态冷损影响极小.该样机在200 K时最大制冷量可达40 W(250 W输入).     

200 K/40 W自由活塞斯特林制冷机的实验研究

针对温度为200 K低温冰箱,研制了一台大冷量自由活塞斯特林制冷机.实验测试了充气压力和制冷温度对压缩机共振频率的影响;研究了膨胀机固有频率和运行频率对位移相位差的影响关系;采用多点热负荷静态复温法测试了制冷机的静态冷损,证明了氦气和丝网导热对静态冷损影响极小.该样机在200 K时最大制冷量可达40 W(250 W输入).     

带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统的实验研究

设计了一套带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统实验平台,开发了相应的计算机测控系统.进行了改变冷却水体积流量和进口温度对系统性能影响的实验研究,分析了制热系数、制热量、压比、喷射系数、升压比、喷射器效率等参数的变化趋势.实验结果表明:随着冷却水体积流量减小或进口温度增加,喷射系数增加的同时,升压比也增加,而喷射器效率却降低;在测试工况范围内喷射器效率最高达到34%,升压比最高达到1.165;在蒸发温度为-5℃时,制热系数达到3左右.带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器循环的压缩机压比与传统循环相比减少了12%～14%,喷射器的引入有效地提高了跨临界CO_2热泵热水器循环的效率.