不结霜燃气机热泵的建模与性能分析

不结霜燃气机热泵将发动机废热收集起来,一部分引入空调房间直接供暖,一部分引向室外蒸发器参与换热。建立了不结霜燃气机热泵的数学模型,通过系统模型的求解分析了不结霜燃气机热泵的性能结果表明：不结霜热泵的性能受室外温度湿度的影响明显小于常规热泵,能量利用率高,性能系数最大可达到5.00,系统的最高一次能源利用率为1.97;废热热水不但能够直接向房间辅助供暖,还能提高系统的蒸发温度,防止系统的蒸发器结霜,提高系统的性能系数和一次能源利用率;不结霜燃气机热泵系统具有较高的能源利用效率和较好的节能环保效果。     

燃气驱动冷热水机组变转速运行实验研究

研制了一种燃气热泵冷热水机组,介绍其实验系统流程及主要装置设备,建立了系统的性能系数和一次能源利用率的数学模型,探讨了燃气热泵变负荷运行特性,重点分析了发动机转速对系统余热回收量、燃气的消耗量、制冷剂流量等的影响.实验结果表明:在20%～100%负荷范围内,实验系统具有良好的变工况运行特性;在系统制热模式、循环水量不变和进口水温恒定等条件下,随着发动机的转速增大,制冷剂流量、燃气消耗量、系统回收热量和系统制热能力增大,而系统的性能系数和一次能源利用率却减小.发动机转速在2000～2500r/min时,系统的部分负荷性能最佳.     

冷水相变能热泵系统的经济性与能耗分析

给出了系统的运行模式和运行工况,建立了系统能耗模型,定量对比了冷水相变能热泵系统与其他冷热源的一次能源利用率,研究了初投资的构成和运行费用的计算方式,并以青岛地区某建筑物供热作了案例分析。结果表明,冷水相变能热泵系统的一次能源利用率可达1.2,初投资和运行费用也具有一定的优越性,具有较好的应用前景。     

一种太阳能与空气源双热源热泵系统的性能研究

针对单一空气源热泵和单一太阳能热水器的不足,提出太阳能-空气源双热源热泵系统,分析了太阳辐射强度对系统运行的影响.通过太阳能辅助热泵与空气源热泵运行对比实验得出,在整个加热过程中,太阳能辅助热泵系统的系统运行性能和加热水速率均优于空气源热泵系统.太阳能辅助热泵系统的性能系数COP平均值约为单一空气源热泵系统的3倍.在冬季环境温度较低情况下,太阳能辅助热泵相对于空气源热泵具有明显优势.     

空间周期性温度场中布朗热泵的热力学特性

研究了一种热驱动布朗热泵的热力学特性, 该布朗热泵由运动于周期性的锯齿势场中、受到外力作用并且沿空间坐标方向交替地与高、低温热源接触的布朗粒子构成. 考虑了由布朗粒子势能变化和动能变化引起的热流. 导出了布朗热泵的供热率、供热系数和输入功率的解析表达式. 通过数值计算分析了热泵的性能特性. 结果表明, 由于存在粒子动能变化引起的热流, 该热泵始终是不可逆的, 其供热系数达不到卡诺供热系数. 详细分析了外力、势垒高度、锯齿势场不对称度和高、低温热源温比等运行参数对热泵性能的影响. 得到了该布朗马达系统能作为一个热泵运行时外力和势垒高度的有效取值区间. 分析发现, 布朗热泵的性能强烈地依赖于以上特征参数, 适当地选取这些参数, 可以使热泵处于最佳工作模式.     

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．     

内燃机独立供能系统的性能实验

基于能量综合梯级利用理论提出了一种全新的能量供给系统形式——内燃机独立供能系统.介绍了系统的工作原理和特点.建造了实验样机,介绍了实验样机的系统组成.利用实验样机进行了详细的发动机性能实验、余热回收利用实验和内燃机独立供能系统总体特性实验.研究结果表明:所选用发动机具有较好的性能,能够满足内燃机独立供能系统的使用要求;设置的余热回收利用系统能够有效地回收发动机工作过程中产生的余热,随着发动机转速的提高,余热回收量增加,但余热利用率下降;系统总体性能较好,有较高的COP和COPz,系统的一次能源利用率大部分都在1以上,说明系统具有优越的变工况运行性能和较高的能源综合利用效率.     

余热直接利用型燃气机热泵变转速特性实验研究

针对带有直接利用余热装置的燃气机热泵系统发动机的变转速特性,在搭建的余热直接利用型燃气机热泵系统实验台上,对发动机转速为1 400～2 000 r/min的燃气机热泵系统的特性进行了实验研究.结果表明:随转速的增加,一次能源利用率(PER)呈现先平缓增加后快速下降的趋势,当转速在1 400～1 800 r/min的范围内时,PER值维持在1.34以上,变动幅度仅为2.3％,说明在此转速范围内且满足负荷的情况下,系统运转更为高效;在实验参数范围内,系统平均余热利用率达到83.5％,余热在制热量中的份额随转速的提高持续增加;低转速下余热份额减少,但此时较高的制热性能系数(COP)会补偿这一缺失,使得系统在1 400 r/min附近的PER最高.该结果可为研究发动机余热的有效回收、利用以提高能源利用效率提供参考.     

热泵机组的热力经济性分析

对空调热泵机组的性能系数、能源利用率、经济性等进行了详细的分析，绘制了热泵的性能曲线和费用线算图，通过这些曲线能方便地对热泵系统进行性能对比和经济性分析。     

多热源联合热泵的性能模拟

基于燃气内燃机热泵较高的烟气余热利用价值,提出了一种利用内燃机烟气与太阳能联合驱动的氨水吸收式热泵循环,建立了传统的燃气内燃机压缩式热泵与吸收式热泵的联合供能系统模型,并通过模拟计算分析了系统性能系数的影响,并与传统燃气热泵的热力性能进行了对比.结果表明,该系统在不增加能耗的基础上,一次能源利用率从原来的1.49提高到1.98,输出热量从86,k W增加到115,k W,同时烟气余热回收率从0.20提高到0.29.     

土壤源热泵埋管换热器形式及传热模型的分析

阐述了土壤源热泵系统的工作原理,介绍了埋地换热器常见的形式,简要分析其研究现状,给出了几种典型的传热模型,并进行了分析．     

水化热对地源热泵地埋管夏季换热效果的影响

通过数值模拟与现场实测地温的变化,研究了水泥水化热对地埋管周围地温的影响;通过理论分析、现场实测地埋管换热能力以及数值模拟研究了地埋管周围地温变化对地埋管夏季工况换热效果的影响.对上海自然博物馆地埋管系统的研究表明:在地源热泵投入使用时,地下室底板以下约10m处的地温受水泥水化热影响最大,距离地下连续墙2.85m处地温的平均升高为2.2℃;地埋管夏季工况的换热量随初始地温的升高而线性减小,地埋管周围地温每升高1℃,将使地埋管夏季工况的换热量减小5%以上;地源热泵系统由夏季工况作为首次投入使用时应对距离地下连续墙13m以内地埋管采取相应措施,以保证换热系统高效运行.     

热传导方程热核的一些性质

考虑热传导方程的热核性质,给出了周期热核的泊松和表示及与黎曼函数的关系,证明了周期热核的复解析性质,指出了热核与拉普拉斯方程基本解的关系.     

地源热泵地埋管换热器换热量的测试

分析了在设计阶段和实际运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量的测试原理、换热量计算方法,测试注意事项、系统误差控制方法,并且对实际工程运行阶段地源热泵地埋管换热器换热量进行测量、数据分析。最后,通过试验表明,地埋管挟热器换热量的测试方法是正确可行的。     

管式换热器传热系数的研究

研究影响传热系数的因素,包括换热器几何结构和列管换热器的不同管程流动分布的影响,以便在设计过程中合理调整结构参数,使换热器提高传热性能.通过对换热器结构、流动状态、管程流动分布变化的实验,处理并分析实验数据,得出在套管换热器内,插入强化丝不仅可以增加空气侧对流传热系数,而且对蒸汽侧对流传热系数也有提高作用,空气流速越快,效果越明显;列管换热器中,单管流动总传热系数最大,随着流通管数的增加,流速降低,传热系数降低.插入强化丝导致流动阻力增大、速率减小、边界层变厚、热阻增加、强化效果不理想.     

回路型脉动热管的运行与传热

为深入了解脉动热管的运行和传热的机理与规律，研究了铜—水回路型脉动热管(Looped PHP)在空气冷却条件下，充液率、管径、加热段冷却段长度比等因素对传热性能的影响。结果发现，充液率在35%附近时传热功率达到最大值；相同的对流换热条件下，小管径热管的热阻更小，运行和传热性能更好；脉动热管本身的热阻与外部换热条件有很大的相关性。另外，通过分析脉动热管壁面温度波动的特征，揭示了波动的成因及其所反映的内部流动和传热状况。     

套管式和双U型换热器换热性能对比

地埋管换热器广泛应用于各种建筑供暖系统中,提高地埋管换热器的传热效率一直是研究人员关注的热点问题。本文分别在第四系和基岩地层开展了套管式和双 U 型地埋管换热器岩土热响应对比试验。结果表明,套管式换热器增加了循环流体进口流量以及外管壁与岩土体之间的接触面积和热传导能力,换热性能要优于双U型换热器。第四系松散沉积物中,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.76倍。基岩地层条件下,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.37~1.41倍。基岩地层热导率高于第四系松散沉积物,套管式和双U型换热器的换热性能均比第四系地埋管换热器强。研究工作将为地埋管地源热泵系统中套管式换热器的设计及应用提供参考。     

铜-水振荡热管的传热特性

测定了风冷垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜一水热管在不同充注率、加热功率下的热阻．根据实验现象及对热阻的比较，分析不同情况下振荡热管的传热特性，并用完全联接的多层前向神经网络和具有动量项的误差反向传递学习算法建立了振荡热管传热性能的人工神经网络理论模型．由于热管在不同充注率时传热机理不同，用统一的神经网络模型难以精确描述，因此建议分段建立理论模型．     

脉动热管的传热极限特性

以蒸馏水和丙酮为工质,对多种工况下脉动热管的传热极限进行了实验研究．在分析脉动热管加热段和冷却段温度变化的基础上,归纳出了整体干涸型和局部干涠型2种传热极限的表现形式;分析了其产生机理：干涸导致传热极限的产生,再湿润引起传热极限表现形式不同．研究还发现,传热极限随着倾角、充液率的增加而增大;在倾角为0°时,热管工质为水时的传热极限低于工质为丙酮时的传热极限,在60°时,前者的传热极限却高于后者．     

空气源热泵-地埋管换热系统蓄热性能研究

对于热负荷占优的寒冷地区,土壤源热泵系统长期运行使得土壤温度逐年降低,非采暖季利用空气源热泵为地埋管换热系统进行蓄热可有效地解决土壤热平衡问题。以实际工程为支撑,对空气源热泵-地埋管换热系统进行蓄热性能测试,结果表明：系统平均制热量可达到空气源热泵额定制热量的2.17倍,系统平均能效比为7.2,地埋管循环介质平均温差为4.5 ℃,系统运行稳定。基于TRNSYS软件对蓄热过程进行模拟,结合实验数据验证模型正确性,结果表明：经蓄热后土壤温度从初始的15.8 ℃上升至16.4 ℃。蓄热期间,采用多目标优化法得到空气源热泵蓄热系统全天运行时最优工况：循环水泵总流量为100 m3/h、空气源热泵总额定制热量为723.7 kW,在此工况下土壤目标温升为3.0 ℃时,系统能耗为474 820.0 kWh,增加的蓄热运行费用为3.96元/m2。与传统热源燃煤、燃气、热电联产蓄热方式相比,空气源热泵蓄热系统的能源与环境效益显著。