ZKAR-36工程车空调性能改进研究

ZKAR-36工程车空调的制冷量严重不足,运行过程中频繁出现结霜和停机故障.调研与实验分析发现主要原因在于:蒸发风量过小和蒸发器换热面积不足,以致运行过程中蒸发温度向下滑移,形成结霜,从而产生恶性循环.文章采取的主要改进措施有:提高蒸发风机压头,改善风机动力性能,大幅提高蒸发风量;选用层叠式蒸发器替换原样机使用的管带式蒸发器,有效提高蒸发器的换热能力;增大平行流冷凝器换热面积并优化其流程设计.性能实验结果表明,改进后的空调系统性能明显优于原系统,标准工况下制冷量提高64％,能效比提高95％;经装车运行试验考核,改进产品满足工程机械的应用需求.     

基站用微通道分离式热管换热性能实验研究

分离式热管空调能够有效降低基站能耗,采用微通道换热器作为其蒸发器和冷凝器可提高其换热性能.为了分析充液率对微通道分离式热管换热量、能效比及制冷剂压力、温度的影响,以及两种风量,不同室外温度下最佳充液率范围和换热量的变化,由焓差实验台模拟基站室内外环境,以R22为工质,对该系统进行测试.结果表明:标准工况下,系统最大换热量和EER分别为4.0kW和11.8,最佳充液率范围为79.3%~105.8%,系统压力随充液率增加而增大,蒸发器进出口温差随充液率的增加先减小,后略有增大;蒸发器侧的风量由3 000m~3/h减少到1 700m~3/h时,最佳充液率范围不变,最大换热量和EER减少了29%,蒸发器出风温度由23.9℃降低到23.0℃.在不同室外温度下,最佳充液率范围随室外温度降低而变小,室内外温差增加能显著提高该系统的换热性能.研究结果对基站用微通道分离式热管的理论模型建立、节能设计与运行控制有一定参考价值.     

串并联双压力蒸发卡林纳循环的性能分析

在卡林纳循环和串联的双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC)的基础上提出了一种串并联双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC2).通过设置压力相对较低的第二蒸发器,与第一蒸发器的液体加热段并联,第二蒸发器出口蒸气进入透平低压级段膨胀作功,使热源得到梯级利用,从而可以提高热源的动力回收效率.在外界冷热源温度相同的条件下,通过热力学原理对DPV-KC2、DPV-KC和基本型卡林纳循环的性能进行了分析.结果表明,在热源温度和冷却水温度分别为400和25℃、工作浓度和基本浓度分别为0.5和0.314、第一蒸发器露点温度和工质入口过冷度分别为290℃和15 K、第二蒸发器工质出口过热度为60 K时,DPV-KC2系统的动力回收效率达到26.34%,比单蒸发压力卡林纳循环提高了17.3%,比串联布置蒸发器的DPV-KC提高了3.58%.     

客车空调多元平行流冷凝器模型

文章分析了客车空调的运行特点以及对冷凝器的性能要求,介绍了多元平行流冷凝器的技术优势,对平行流冷凝器的流动和换热过程进行了深入分析,建立了一维准稳态数值计算模型,并在BJX10E客车空调上进行了应用设计和空调性能对比实验。结果证明,平行流冷凝器性能较传统的管片式冷凝器有较大提高,是一种可以提高客车空调能效、实现轻量小型化的新型换热器。     

毛细抽吸两相环系统稳定性的实验研究

为了研究毛细抽吸两相环回路（ＣＰＬ）运行的稳定性特性,对ＣＰＬ－Ⅲ工程模型系统进行了实验研究。总结了ＣＰＬ系统运行稳定性的各种影响因素,包括蒸发器功率、储液器温度、冷却液温度及蒸发器之间的相互影响等,并且对以上因素进行了理论上定性的解释。增大毛细抽吸力,提高储液器温度、保持储液器温度恒定,降低蒸发器功率、减小蒸发器功率的扰动,降低冷却液温度,使储液器的注入点远离蒸发器等可以提高系统稳定性,两个蒸发器之间的相互作用也对ＣＰＬ系统稳定性有影响。在已有实验数据的基础上,给出了系统运行的稳定区域图,并拟合出了不稳定区域的边界线方程。     

汽车空调系统蒸发器总成流场的CFD研究

本文应用FLUENT软件对一种典型的汽车空调系统蒸发器总成的流场进行了CFD数值仿真分析.通过分析,发现了原蒸发器制冷剂流道结构的设计缺陷,提出了改进蒸发器芯体制冷剂流道结构,从而提高系统制冷量的方法.与实验结果相比,CFD分析的蒸发器出口平均温度的误差为7.5%,蒸发器总成进出口压降的误差为3.5%,表明该CFD模型可完全用于工程实际。进一步的实验表明,根据CFD分析结果改进蒸发器结构后的空调系统制冷量提高了8%.     

机械泵驱动两相冷却系统工作点温度控制

对系统的控温原理和主要方法进行理论阐述,从而确定采用对储液器温度的主动式控温方法实现对蒸发段工作温度的控制思路.提出"回路直接冷却"和"半导体制冷片--系统回路协同工作"这2种储液器温度控制方法,并且对其控温精度和降温速度等技术进行实验研究.结果表明,改进前,采用"冷回路"向储液器漏热并结合加热器实现温度控制的设计方案控温精度仅为±0.4℃,且在需要快速降低蒸发段工作温度时较难实现;改进后,采用半导体制冷片同系统管路协同运行的方法不仅可控性大大增加,而且降温速度从原来的0.12℃/min提高到0.36℃/min.在模拟外太空边界温度波动幅度的条件下,改进前、后温度控制方法蒸发段的控制精度分别为±0.4℃和±0.1℃,从而克服了该类系统在工作温度控制中降温速度慢、控温精度低的缺点,并可推广到热管、毛细泵驱动回路等类似的航空航天两相冷却系统中.     

自复叠双温冰箱的流程改进和性能分析

针对传统双温冰箱制冷循环存在的不足，提出了自复叠双温冰箱循环，在以前设计流程的基础上研究了4种流程改进方案，并分析了换热器不同布置方式、不同换热效果和分凝分离级数对冰箱性能的影响．模拟计算结果表明：在冷藏室蒸发器前增加逆流换热器只能降低冷藏室蒸发器的温度而不能提高系统性能系数（CCOP）；在冷冻室蒸发器前增加逆流换热器可以提高系统CCOP；在气液分离器前增加逆流换热器可以通过提高气液分离效率来改善系统性能，但CCOP提高不大；采用两级分凝分离方式可以较好地提高气液分离效率，降低压缩机的压力比，提高系统CCOP，也达到了改进系统性能的目的，但流程较复杂．这4种改进流程从不同方面改善了循环工作参数，为改善实际装置的系统性能提供了理论基础．     

二氧化碳两相冷却系统的特性

将CO2作为新型机械泵驱动两相流冷却系统的循环工质研究其在两相区的工作特性.在对该系统的各个重要组成器件和工作原理进行阐述后,通过实验对系统在变热负荷变流量条件下的动态响应特性进行研究,并由实验数据对储液器与主回路之间的热质交换进行分析.结果表明:由于系统参数和边界条件的改变引起储液器内气液相界面的震动,使得系统的绝对压力有所变化,从而引起储液器内处于两相状态工质温度的变化,而储液器的温度决定了蒸发器的温度,所以在流量改变和热负荷变化的时候蒸发器内工质会产生温度的脉动;由于CO2具有稳定的化学性质和良好的热力学特性,特别是在饱和态下比其他制冷剂更小的液/气密度比,使其作为机械泵驱动环路式热管系统的循环工质不仅减小了系统的设计体积和质量,而且能够实现长距离复杂回路小温度梯度均匀的散热效果和稳定的工作状态.     

空气源热泵毛细管节流空调系统的研究

根据气液两相流动的均相流假设,建立了绝热毛细管的分布参数模型.在冷热工况下空调系统制冷剂充注量差值的基础上,采用该模型模拟计算了应用毛细管节流的热泵型空调系统中主副毛细管的长度.将储液器法和采用主副毛细管控制制冷剂流量这两种方法进行了对比分析,结果表明,在控制系统高低压差和制冷剂流量时,两种方法各有利弊.因此,提出了采用主副毛细管和增加储液器相结合的方法控制热泵型空调系统冷热工况下的制冷剂流量.     

基于新流动沸腾传热关联式的微通道平行流蒸发器数值模型

提出了一种基于新流动沸腾传热关联式的微通道平行流蒸发器数值模型,并与文献中的实验数据进行对比,以验证微通道平行流蒸发器数值模型的正确性.其中,在制冷剂流量为34.6~245.6kg/h,蒸发压力为200~500kPa的条件下,分析了4种流动沸腾传热关联式对所提出的数值模型的影响.结果表明,在所采用的99%的实验数据下,新流动沸腾传热关联式的预测误差在±30%范围内.与此同时,采用所提出的微通道平行流蒸发器数值模型预测微通道平行流蒸发器的制冷量、制冷剂过热度、空气侧和制冷剂侧压降所产生的平均绝对误差分别为1.5%、18.8%、14.2%和19.8%.     

制冷剂两相流音速对引射器喷嘴结构的影响

将液-液引射器内部的喷嘴作为研究对象,建立了喷嘴内气液两相流的非等熵膨胀模型和均相流音速模型.研究了制冷剂R134a和R22在不同喷嘴进出口压降条件下,喷嘴出口气液两相流音速的变化规律.模拟结果表明:随着喷嘴出口饱和温度的降低,喷嘴出口音速缓慢降低,而实际速度快速增大,喷嘴出口处R22的当地音速约为R134a当地音速的1.5倍;当喷嘴入口饱和温度为40℃时,R134a在喷嘴内实际膨胀过程的临界温度为14.5℃;对于高压液体作为工作流体的引射器,其喷嘴宜采用缩放型;当喷嘴入口饱和温度分别为40和50℃时,R22在喷嘴内实际膨胀过程的临界温度分别为-3.5和3.0℃,宜采用渐缩型喷嘴.     

积液型两相流分配器的性能与优化

摘要： 试验研究了带有复杂入口管的积液型两相流分液器在不同干度和质量流量条件下的分液均匀性.结果表明：当干度增大时,分液器的分液均匀性下降;当质量流量增大时,分液器的分液均匀性得到改善;各工况下分液器分液的流体质量流量标准偏差（STD）的平均值为2.80%.同时,对复杂入口管进行了计算流体动力学模拟,提出了一种能够有效降低入口管形式影响的新型双筒体型分液器,并通过试验加以验证.验证试验结果表明,在各工况下,双筒体型分液器分液的STD的平均值为2.36%,比积液型分液器的分液均匀性提高了15.7%.     

汽车空调系统蒸发器总成数值仿真

根据计算流体力学原理(简称CFD),对一种典型的汽车空调系统蒸发器总成进行了数值模拟仿真.通过应用CFD技术对蒸发器总成进行数值仿真设计,并改进设计结构上的不合理部分,可以达到使总成内空气的速度、温度得到均匀的分布,得到适当的速度值以及降低噪声的目的.计算结果可知,仿真后的蒸发器总成数值计算模型得到了优化改进,提高了空调性能.把CFD技术应用到蒸发器总成的设计,缩短了蒸发器总成系统的研发周期,降低了成本及试验费用.     

可调节比例的功/冷联供卡林纳循环系统性能研究

提出和研究了一种可根据用户所需调节比例的功/冷联供卡林纳循环系统.在三压力卡林纳循环基础上增加了一条由发生精馏塔、冷凝器、蒸发器和过冷器组成的制冷子回路,与锅炉和透平组成的动力回路相并联.新增制冷回路将锅炉出口热源进一步利用后提供额外制冷量,从而提升整个循环的综合性能.制冷蒸发器中的蒸发压力由循环基本溶液浓度所决定,因此制冷温度可以保持在较低水平(-25～-5℃).研究结果表明,在烟气热源、冷却水进口温度分别为350和32℃的条件下,系统取工作浓度0.54及对应的最小分流比0.53时,循环性能最佳,其综合动力回收效率可达23.41%,比相同条件下优化后的常规三压力卡林纳循环及氨水朗肯循环的动力回收效率分别提高了17.28%和43.18%.     

被动式热激活复合墙体热特性实验研究

内嵌管建筑围护结构具备良好的节能潜力和设计隐蔽性,可利用低品位可再生能源隔绝室外气候对室内环境的影响,受到建筑师和工程师的共同关注.针对主动式热激活建筑系统存在的驱动耗能高、运行维护困难等问题,采用两相热虹吸回路替代传统显热热交换系统,提出被动式热激活建筑系统概念.设计并搭建了被动式热激活复合墙体模块检测平台,研究了冬季模式下热源温度和充液率对建筑集成用回路热管运行特性以及复合墙体热特性影响.蒸发器出口与冷凝器进口及出口的高差分别为2.1 m及1.5 m条件下的实验结果表明:不同热源温度条件下建筑集成用回路热管均可成功启动和运行,即使在25℃低热源温度条件下回路热管的启动速度值也可达0.06℃/s(此时充液率为60%),验证了被动式热激活建筑系统的技术可行性;不同热源温度下,最佳充液率并非固定值,约为116%,保温隔热情景或中性情景下可适当降低充液率以获得更快的系统启动速度,而在辅助供能以及直接供能情景下则需适当提高充液率以获得较低的注热热阻;冷凝段是制约被动式热激活复合墙体热传输效率的主要瓶颈,总热阻中冷凝器热阻占比最大,约为58.4%～94.4%;注入热量可以明显提升围护结构温度,并在承重层与保温层之间建立温度分界面,达到保温隔热和辅助供能等设计目的.     

除湿转轮与中高温热泵耦合空调系统性能实验

提出除湿转轮与中高温热泵耦合的运行方式,利用热泵来完全满足再生负荷要求,搭建转轮热泵耦合空调系统实验台,对不同工况下,新风量分别为20％和10％两种情况系统的性能进行实验研究．结果表明：室外空气干球和湿球温度越高,蒸发器出口风温越高,性能系数越低,为使冷凝器出口风温满足再生要求的冷凝风量会相应地增加和减少;随室内空气干球温度升高和湿球温度降低,蒸发器出口风温升高,性能系数下降,为使冷凝器出口风温满足再生要求的冷凝风量减少;耦合空调系统的新风量由20％降为10％时,再生温度需求降低约3℃,蒸发器出口风温降低约1．5℃,能耗相应减少,性能系数提高．同时,对耦合空调系统与常规再热系统的性能进行仿真模拟,结果表明：与常规系统相比,耦合空调系统中压缩子系统的性能系数降低,耦合空调系统能耗减少,性能系数提高;与相同工况下的常规系统相比．新风量为20％和10％的耦合系统可分别节能36．80％和40．86％;与室内设计温度为23℃的常规系统相比．可分别节能12．95％和18．48％．     

自复叠制冷循环双温冰箱设计的理论研究

为了给冰箱提供不同的闻室温度来满足储存要求,将采用非共沸混合制冷剂的自复叠制冷循环应用于双温冰箱系统,研究了两间室蒸发器出口温度、冷凝器出口温度、冷藏室与冷冻室制冷量比例及冷凝蒸发器高压侧出口过冷度的变化对冰箱系统优化设计的影响.结果表明:系统性能系数随着冷藏室和冷冻室蒸发器出口温度的降低、冷凝器出口温度的升高而减小;提高两间室制冷量的比例可增大性能系数,但压缩机耗功和压力比也同时增大;增大冷凝蒸发器高压端出口侧制冷剂的过冷度可以减小压缩机耗功,提高系统性能系数.研究结果对于自复叠双温冰箱的实际推广提供了参考.     

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194s,水口两流之间的平均停留时间之差为97s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211s,水口两流之间的平均停留时间之差为34s,两流之间钢液温度差为3℃.     

蓄能型太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统研究

以实验的方法对采用填料塔式再生器的溶液除湿蒸发冷却空调系统的再生性能进行研究,得出了再生器热源温度在55.5 ℃工况下的传质系数和热源温度对出口参数有影响的结论.同时发现传质系数平均值约为0.32 mg/(m2·Pa·s),根据实验数据提出提高填料塔式再生器再生性能的方法.同时提出一种蓄能密度高的相变潜能蓄能模式,并在理论上对其进行定量分析,结果表明该种蓄能模式的蓄能密度一般在1 000 MJ/m3以上,这表明该蓄能方法比常规蓄能方法更为有效.