CO_2跨临界双级压缩带中间冷却器系统

对双级压缩系统中间冷却器从理论上分析了带中间冷却器的双级压缩循环的性能规律.在给定的蒸发温度和气体冷却器出口温度下,系统存在最优的压缩机排气压力使得性能最优;同时在每一个压缩机排气压力下,也存在最优的中间压力使得系统性能最优;对比选择超临界CO2和亚临界CO2在管外、管内的换热及压降关联式,设计和模拟中间冷却器.建立带中间冷却器的双级压缩系统,通过实验探索此种双级压缩系统的规律,验证了带中间冷却器双级压缩系统最优压缩机排气压力和最优中间压力的存在以及在提高CO2跨临界循环性能的作用.利用自行设计的中间冷却器,在实验工况下,系统制冷性能系数可达2.5,制热性能系数为3.5.     

跨/超临界环境下液氮射流的机理研究

以开源软件OpenFOAM为平台,开发出适于跨/超临界射流的模型,以研究跨/超临界条件下的喷雾混合特性.模型基于真实流体状态方程和扩展的压力隐式分割算法(PISO),并结合雷诺平均(RANS)湍流模型,对跨/超临界条件下的液氮射流进行模拟,重点分析射流的伪沸腾特性.研究结果表明:在跨临界射流伪沸腾发生之前,射流表面形成...     

跨临界变压运行中水冷壁动态特性的实验研究

针对超临界直流锅炉水冷壁系统在跨临界变压运行过程中的特殊流动与传热现象,在压力为19～25MPa、质量流速为300～800kg/(m~2·s)、外壁热流密度为60～250kW/m~2的工况范围内,对垂直上升受热管道内超临界水在跨临界动态过程中的流动与传热特性开展了实验研究。结果表明:在从超临界压力阶跃降低至亚临界压力的动态过程中,受热管内流体极其容易发生壁温飞升现象,该现象由近临界区流体发生的膜态沸腾(又称DNB传热恶化)引起。在近临界压力区,随着压力的升高并逐渐靠近临界压力,发生DNB传热恶化时的起始局部流体焓值会大幅度降低,而且恶化程度逐渐增强,本实验大多数工况甚至在过冷区就开始发生传热恶化现象,严重威胁锅炉水冷壁系统的安全运行。基于本文实验结果和对锅炉水冷壁系统运行的分析认为,当管内的局部流体焓值高于1 600kJ/kg时,水冷壁系统在跨临界动态过程中极有可能出现DNB传热恶化现象。本文实验结果可为超临界锅炉水冷壁系统跨临界变压运行期间的工况设计和调节提供指导。     

N_2O跨临界喷射/压缩制冷循环的理论研究

为了解决CO_2跨临界循环能效低、排气压力高的问题,将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了N_2O和CO_2用于跨临界喷射/压缩制冷循环和简单跨临界循环的性能,并对N_2O用于跨临界循环中的热稳定性进行了分析.研究结果表明:N_2O系统的性能系数和排气压力均优于CO_2,性能系数较CO_2系统分别增加了13%和9%,而排气压力分别降低了16%和13%;CO_2系统采用喷射/压缩跨临界循环后性能系数比简单跨临界循环提高了15.2%,稍高于N_2O系统的11.6%,说明使用喷射器对于CO2系统性能提升更为有利.分析了高压侧排气压力、蒸发温度和气体冷却器出口温度对于CO_2和N_2O跨临界喷射/压缩制冷循环的影响.结果表明:工况变化时N_2O和CO_2系统性能的变化规律一致,且气体冷却器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的性能系数增加越明显;制冷系统中N_2O的热稳定性能很好,不会分解.     

三种单级CO2跨临界循环性能

基于CO2跨临界循环系统原理,对三种单级循环进行了性能分析.结果表明:SCV循环、SCV+IHX循环和SCE循环都存在最优高压压力;随压缩机排气温度变化,SCV循环系统COP最小,SCE循环COP最大;随着蒸发温度的增加,三个单级循环COP均增加,SCE循环性能最优,SCV循环性能最差;随着气体冷却器出口温度的增加,三个单级循环COP均下降,SCE循环性能最优,节流阀SCV循环性能最差.与蒸发温度相比,气体冷却器出口温度对最优高压压力的影响较大.     

CO2跨临界双级压缩循环性能研究及理论分析

为了探索CO2跨临界双级循环系统性能提高的方法,基于热力学循环分析方法,对CO2跨临界双级压缩循环建立了数学模型,并进行了理论分析．结果表明：在分析的几种循环中,2个气体冷却器双级循环最优高压最高,带中间冷却器和膨胀机双级循环最优高压最低;低压缩机效率对整个循环性能的影响要比高压缩机效率更为显著;带中间冷却器的循环存在最佳质量分配比;随蒸发温度增加,带中间冷却器的循环要比2个气体冷却器的循环最优中间压力变化要小;气体冷却器出口温度对循环性能的影响,要比蒸发温度的影响大;相同条件下,2个气体冷却器带膨胀机双级循环和带中间冷却器和膨胀机双级循环性能最优,2个气体冷却器双级循环性能最差,膨胀机循环性能要普遍优于节流阀循环性能．     

跨临界二氧化碳循环分析

本文中为了优化空调系统跨临界二氧化碳循环性能系数(COP),制定了一个数学模型。对模型的分析表明,非单调(nonmonotonically)跨临界二氧化碳循环变化的COP与散热压力有关;对应于最高COP值存在一个最佳的散热压力。最优值散热压力主要依赖于气体冷却器的出口温度、蒸发温度和所选压缩机的性能。基于周期模拟,可以得出在适当参数下的最佳高压压力的相关性条件。     

跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的数值分析

为了更合理的描述喷射器扩压室内的压力变化特性,对已有的跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的热力学模型做了改进,并对扩压室新定义了一种压力系数ηd。建立了相应的数学模型并进行数值模拟,考察了该压力系数ηd 对制冷循环喷射系数和系统性能系数COP的影响,其结果与常规的扩压效率ηk 的影响作用有很好的一致性,说明所改进的热力学模型是可行的;应用该模型分析了压力系数对相关重要参数的影响,结果表明：随压力系数的增大,喷射系数基本不变;COP、压缩机进口温度、喷射器的增压比和喷射器效率增大;压缩机出口温度和压缩比减小;当工作流体压力为9 MPa时,相关参数发生了显著的变化。该压力系数取决于系统喷射器扩压室进出口的压力,方便测量确定。研究方法能够为跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的性能分析提供有益参考。     

超临界天然气在蛇形盘管内流动与传热的数值模拟

为了更好地研究LNG浸没燃烧式气化器管内流体的流动传热特性,建立了浸没燃烧式气化器管内高压天然气升温跨临界流动传热过程的数值模型,对其轴向与环向的流动传热特性及操作参数的影响进行相关研究,并将模拟结果与现有管内超临界流体传热的关联式进行对比。发现管内传热系数随换热管长先增大后减小,在拟临界点位置达到峰值,且弯头处出现局部传热强化;提高管内质量流量能够显著强化管内传热,但流体跨临界位置也会相对延后;提高管程入口温度和水浴温度均使流体跨临界位置提前,而较高的水浴温度会使传热系数峰值偏低;模拟结果与现有传热关联式的对比结果发现,JacksonHall公式更能准确预测超临界天然气在蛇形盘管内的传热特性,但不能体现弯头处的局部传热强化。研究结果为浸没燃烧式气化器的设计工作提供了依据。     

跨临界瞬态数值模拟中的高精度拟临界温度计算

根据拟临界温度的定义,结合IAPWS IF97水物性公式,迭代计算获得了不同压力下的拟临界温度数据,在此基础上拟合出拟临界温度与压力的关系式.基于该关系式计算构建了拟临界温度计算模块,用于热工水力系统程序的跨临界计算改造.应用修改后的热工水力系统程序,针对简单的模型进行了跨临界瞬态计算.结果表明,拟临界温度与压力拟合关系式能够用于超临界压力系统的跨临界瞬态计算.     

利用喷射提高跨临界二氧化碳系统的性能

建立了跨临界二氧化碳蒸气压缩／喷射制冷循环中喷射器的数学模型，讨论了系统稳定运行时的蒸发温度、气体冷却器内压力及其出口温度、过热度等因素对系统性能的影响．结果表明，当工作流流量同扩压段出口蒸气流量相等时系统能够稳定运行．同时，升高蒸发温度能提高系统性能，但蒸气压缩／喷射循环相对简单循环性能系数的提高程度变小；气体冷却器内压力存在最优值，但降低压力能够增大系统性能的改善程度；升高气体冷却器出口温度会降低系统性能，但蒸气压缩／喷射循环相对简单循环性能系数的提高程度将先增大，然后迅速减小．与上述因素相比，过热度的影响很小．     

跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环理论分析

对跨临界CO2蒸气压缩/喷射制冷循环的理论研究,特别是对喷射器工作特性进行数值模拟,有助于改善实验系统的制冷性能。使用动量守恒和能量守恒方程建立了喷射器模型,同时考虑了系统稳态下喷射器出口干度和喷射系数的耦合关系。比较了不同的CO2冷却放热压力、蒸发温度、喷射器喷嘴效率和扩压效率等对理论循环性能的影响。理论分析表明:优化的喷射系数能显著改善制冷循环性能,蒸发温度和CO2冷却放热压力对系统性能的影响比较大,系统性能系数和喷射器喷射系数对喷射器的喷嘴效率和扩压效率的变化不敏感。     

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.     

柴油机多品位余热回收低损跨临界联合循环模拟

为了提高柴油机多品位、大温差余热的回收利用率,提出了一种低损跨临界有机朗肯联合循环,其中高温级循环用于回收温度较高的柴油机排气余热和废气再循环(EGR)余热,低温级循环回收柴油机冷却水余热、增压空气余热、与高温级循环换热后的排气余热和EGR余热.高温级对比分析了3种硅氧烷工质MM、MDM和D4,低温级选用了R143a,模拟研究了高低温级参数对循环性能的影响.结果表明:高低温级均存在最优的蒸发压力,高温级冷凝压力在允许范围内越低越好;高温级采用MM较MDM和D4循环性能更好,循环净功最高可以达到36.36,kW,损只有4.5,kW;各部分余热的利用率均在86%以上;增加高低温级的回热效能均可以提高循环性能.     

跨临界CO2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

建立了CO2制冷系统中绝热毛细管一维稳态分布参数模型,以研究跨临界CO2系统中毛细管的性能和流动特性.分别采用3种不同摩擦系数关联式(Churchill、Colebrook、Bittle&Pate关联式)进行模拟和比较,研究了CO2在毛细管内的温度、压力、焓、熵及干度等的沿程分布规律.分析了管径、入口压力、入口温度和背压等4个参数对毛细管质量流量的影响,并考虑了壅塞现象.结果表明:采用Churchill和Colebrook关联式的效果较好,92%的计算值误差在10%以内,而Bittle&Pate关联式不适用于CO2绝热毛细管计算,因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度;背压对质量流量影响很小,即使发生壅塞,壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大.     

不同跨临界二氧化碳制冷循环的性能比较

建立了CO2制冷循环各个部件的稳态仿真模型，对6种不同的跨临界CO2制冷循环进行了稳态仿真，衡量了吸气回热、回收膨胀功以及二级压缩等方式对系统性能的影响．结果表明，采用二级压缩并回收膨胀功可以大大提高系统的性能；只采用两级压缩而不回收膨胀功，对系统的性能并没有明显的改善；单级压缩时如果系统中带有膨胀机，采用吸气热交换器可以提高制冷量，但对性能系数(COP)值的影响不大；单级压缩不回收膨胀功时，采用吸气热交换器可以大大提高系统的制冷量和COP。     

超临界二甲醚喷雾特性的试验研究

为研究超临界二甲醚的喷雾特性,在定容容器内模拟涡轮增压发动机气缸内的实际环境,使用高速摄像机对超临界二甲醚喷雾的外形轮廓及发展过程进行观察,并将其与跨临界二甲醚喷雾进行对比。结果表明,二甲醚喷雾在发展过程中发生了明显的卷状分裂,并且观察不到二次分裂现象;超临界二甲醚喷雾的外形轮廓及贯穿距离与跨临界喷雾并未有明显差别,但由于超临界二甲醚在涡轮增压环境中的扩散速率更快,因此其喷雾锥角更大,喷雾核心区的长度更短;两种喷射状态下的二甲醚在喷入定容容器后,其喷雾尖端的推进速率都会先急剧增大,然后在达到峰值后又急剧减小,最后在低速段保持相对稳定。