CO_2压缩机级临界点附近压缩特性的数值研究

尿素行业中的CO_2高压离心压缩机经常需要经历跨临界的压缩过程,在采用CFD技术进行性能分析时,理想物性并不满足临界点变化规律。本文采用二氧化碳实际物性,并与理想物性得出的性能做了比较,指出了不同工况下两者的性能差异.在此基础上,本文又对旋转叶轮及静止回流器内部流动情况进行分析,给出了气动参数与热物性的比较,为CO_2高压压缩机设计与计算提供依据。     

双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式优化

双级压缩跨临界CO_2热泵适合于低温地板辐射采暖.以北京市某建筑为对象,进行了双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式的优化分析.结果表明:与单级压缩循环相比,双级压缩循环提高了系统供热的性能系数(COP),并且双级压缩循环中间完全冷却的COP高于中间不完全冷却型式.同时在保持最佳中间冷却压力下,双级压缩中间不完全冷却型式的COP随着高压级压缩机入口CO_2蒸气过热度的增加而逐渐减小.因此在实际系统设计中,双级压缩跨临界CO_2采暖热泵宜采用中间完全冷却型式.     

带回热器的跨临界CO2空气源热泵系统性能实验研究

本文对带回热的跨临界CO_2空气源热泵循环在不同压缩机频率下运行时的特性进行了热力性能分析。结果表明:在25 Hz和30 Hz压缩机频率下,系统COP_h随排气压力的升高都存在峰值。在35 Hz压缩机频率下,由于受限于系统高温保护,系统COP_h随排气压力的升高逐渐增大,从趋势来看也存在峰值。压缩机频率升高,出水温度、气冷器出口温度和排气温度都升高,CO_2质量流量增加,系统COP_h减小。与25 Hz和35 Hz压缩机频率下的系统性能相比,30 Hz压缩机频率下的系统运行性能更优,系统最大COP_h为3.88,对应的最优排气压力为9.2 MPa,对应的最高出水温度为91.1℃。     

管径对超临界CO_2管内流动换热的影响研究

超临界CO_2管内流动与冷却换热过程中,物性发生剧烈变化,流动换热特性独特,研究管径影响超临界CO_2流动换热性能的内在机理和规律具有一定的实用价值。本文采用能够精确计算超临界CO_2物性的NIST实际气体模型,通过对比不同湍流模型,得到计算超临界CO_2流动换热性能效果最优的计算模型,并利用该计算模型对超临界CO_2管内流动换热过程进行模拟计算。结果发现温度场变化使得超临界CO_2物性发生剧烈变化,引起二次流强度变化,影响了流场分布和换热性能。随着管径的增大,二次流涡中心向管壁移动,且涡扭曲程度增强;格拉晓夫数Gr随管径的增大而迅速增大,表明浮升力对换热的影响增大,因此有效换热系数迅速增大。     

跨临界CO_2热泵性能试验及优化分析

为进一步研究跨临界CO_2热泵的系统性能,针对所设计CO_2热泵系统进行实验。实验结果表明:在风机频率一定时,系统热负荷、压缩机轴功率、系统出风温度均随压缩机频率的增大而增大。蒸发温度从-2℃升至4℃,COP增幅为26%,CO_2在气冷器出口温度降低10℃左右时,系统COP增幅大于30%。实验工况下跨临界CO_2热泵系统出风温度变化范围在50℃-100℃,在获得大于75℃出风温度时,热力学第二定律效率超过30%,CO_2气冷器出口温度、高压侧压力、蒸发温度的升高都会提高系统热力学第二定律效率。     

超临界CO_2及其混合工质布雷顿循环热力学分析

本文运用热力学第一、第二定律对分流、预压缩再热、改进再压缩超临界CO_2布雷顿循环进行了热力学分析,重点讨论了压缩机和透平入口工况(温度、压力)对循环热力学性能的影响。以改进再压缩循环为基础,进一步提出以CO_2为基底的混合工质布雷顿循环,分析了气体种类及加入量对混合工质布雷顿循环热力学性能的影响。结果表明:提高透平入口工况能够提高不同形式循环的效率;与压缩机入口温度对循环效率的影响相比,压缩机入口压力对循环效率的作用更大;在CO_2质量分数大于50%的情况下,加入氙气与氪气均可提高循环热效率,增幅最大分别为1.44%和3.04%,氙气与氪气对应质量分数分别为50%和26%;加入氮气反而使循环效率降低。     

跨临界CO_2蒸气压缩/喷射制冷循环分析

利用喷射器代替节流阀作为CO_2制冷循环的主要膨胀装置,回收膨胀过程的部分动能,减少节流损失,降低压缩机耗功,并通过在压缩机进气前开一旁路,调节压缩机进气量,使系统稳定。对喷射循环与节流阀循环、膨胀机循环进行了性能比较,得出了喷射器循环相对于其他两种循环的优势;并对系统中各个参数对系统性能的影响进行了分析,系统蒸发和冷却温度对CfP影响较大;最后对系统(?)分析得到蒸发器到喷嘴后的压力差对COP和(?)损失的影响较大。     

CO_2空气源热泵系统混合工质的研究

为优化CO_2热泵热水系统的循环性能,分析了CO_2/R1270, CO_2/R290, CO_2/R32, CO_2/R41混合制冷剂的饱和蒸汽压力、临界压力、温度滑移、COP,最终筛选出符合要求的R41。针对CO_2/R41混合制冷剂的单位制冷量/制热量、压缩机的压缩比、排气温度进行进一步实验分析,结果表明:CO_2/R41(70/30)系统的COP比纯CO_2系统增加7%,在设定工况下CO_2/R41(50/50)系统单位质量制冷量增加26.1%,单位质量制热量增加18.3%。CO_2/R41混合物可有效降低跨临界循环压缩机的压缩比及排气温度。     

CO_2/二甲醚混合制冷剂跨临界制冷循环性能分析

本文通过理论计算对CO_2/DME混合制冷剂替代CO_2的跨临界制冷循环特性进行了分析,结果表明:CO_2/DME混合制冷剂的质量配比范围为90/10～100/0时,可实现混合制冷剂的直接充灌.在相同的工况下,CO_2/DME跨临界制冷循环的最优高压侧压力降低了3 MPa,制冷系数提高4.3%;过热度对循环性能的影响,纯质CO_2要大于混合工质CO_2/DME.     

固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能研究

在高压吸附仪上研究了硅胶、MCM-41、13X、SBA-15四种固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能,考察了温度、压力、结构性质和吸附热对吸附剂吸附量的影响.结果表明,高压下四种吸附剂对CO_2的吸附均属于物理吸附,且随着压力增大吸附剂的吸附性能增强。吸附量的大小变化分为两个阶段,不同阶段影响吸附量的因素不同。四种固体吸附剂的高压吸附实验表明,理想吸附剂的选择需要从吸附量、对温度的敏感性以及孔径大小和分布等综合考虑.     

螺旋管内超临界CO_2/DME混合工质冷却换热特性研究

CO_2/DME(Dimethyl ether二甲醚)混合工质作为制冷剂既可以降低CO_2单独使用时过高的工作压力,又可抑制二甲醚的可燃性。针对跨临界热泵系统中制冷剂在超临界压力下放热时复杂的传热性能,本文对超临界CO_2/DME混合工质和超临界CO_2在螺旋管内流动冷却的换热过程进行了数值模拟研究。结果表明,与纯CO_2相比,在高温区CO_2/DME混合工质的换热性能更优;通过比较不同配比的CO_2/DME混合工质的换热特性,得到了不同温度范围对应的换热性能最优的CO_2/DME混合工质配比。此外,对固定质量比的CO_2/DME混合工质,分别分析了不同质量流速和热流密度下的流体温度、壁面温度及传热系数的变化规律,并与纯CO_2传热系数的变化进行了对比。该研究为制冷剂选取及热泵系统中气冷器的优化设计提供了理论依据。     

以CO_2为工质的行波热声发动机研究

工质对热声发动机的性能有重要的影响.为了进一步增加热声发动机的压力振幅,降低其频率,本文在行波热声发动机中采用CO_2作工质,对采用N_2和CO_2作工质的热声发动机内部声场、压力特性和频率特性进行理论预测,并开展了一系列实验研究.实验结果和理论结果比较吻合,采用CO_2在行波热声发动机中获得1.3的最大压比,对应的压力振幅为0.222 MPa,工作频率降低到18 Hz附近.与N_2相比,采用CO_2提高了行波热声发动机压力振幅的性能.     

合成气压缩机循环段流动性能分析

合成气压缩机循环段由于高压和流动空间限制,难以测量内部流动参数,导致无法从工程上判断循环段流动性能。为此本文建立了高压缸出口段、混合腔和循环段叶轮流道模型,采用合成气物性,在约14.4 MPa(A)的高压进口条件下,使用CFD的方法研究了循环段内部流动混合发展规律。选取常用的七种损失模型评估了叶轮内损失,并研究了混合腔对下游叶轮性能的影响。结果表明混合腔内呈现出明显的二次流动,随着流动向下游发展,流场变得越来越均匀。混合腔损失、叶片负载损失和尾迹损失是主要的损失源。由于上游混合腔的影响,带有混合腔的叶轮的压比和效率低均低于单独均匀进口叶轮情况,且其工况范围更窄。本文的结果可为新型合成气压缩机产品的设计提供参考。     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。     

R404A和R507A在双级制冷系统中的应用分析

对R404A、R507A、R22和R502在一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统中的运行性能进行模拟,并对结果进行分析比较。结果表明:R404A和R507A的各项性能比较接近,R404A的压缩机耗功比R507A高2.86%;低压压缩机排气温度比R507A高0.58%,高压压缩机排气温度比R507A高2.65%;COP比R507A高0.01;中间温度比R507A低6.14%。     

润滑油对带膨胀机CO2跨临界循环的影响

本文对PAG、POE、PAO和AB四种润滑油特性进行了分析,结果表明PAG具有较好的综合性能.又从PAG/CO2混合物的溶解性和粘温特性证明了PAG比较适合CO2跨临界循环.最后对工质CO2夹带的微量PAG对压缩机、膨胀机、气体冷却器和蒸发器的性能影响分别进行了分析,并提出了超临界换热分析模型.结果表明润滑油虽然有助于改善压缩机、膨胀机性能,但造成了换热器性能的严重下降.     

H_2O对沸石咪唑酯骨架材料CO_2捕获性能的影响研究

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)材料是一种新型的温室气体CO_2吸附材料。本文采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟的方法研究了H_2O对ZIF-8及ZIF-90的CO_2吸附性能和CO_2/N_2分离性能的影响。研究结果表明,ZIF-90的CO_2吸附及CO_2/N_2分离性能要强于ZIF-8。在ZIF-8中,H_2O的存在对该材料的CO_2吸附性能和CO_2/N_2选择性分离性能几乎没有影响。H_2O对CO_2在ZIF-90中的吸附具有协同吸附作用,H_2O的存在对材料吸附CO_2及分离CO_2/N_2具有明显的促进作用。     

汽车空调用变基圆半径渐开线涡旋压缩机的研究

以汽车空调用涡旋式制冷压缩机为研究对象,为了改善汽车空调涡旋压缩机欠压缩工况,减少排气过程等容压缩功率损失,提高其制冷性能系数,研制了变基圆半径渐开线的涡旋盘,并利用ANSYS有限元软件对涡旋盘在制冷剂气体压力载荷下的应变进行了分析。实验研究结果表明,涡旋齿在中心高压区的变形量极小,从而较好地保证了高压腔内气体的密封性能,减少了制冷剂气体的泄漏,降低了压缩机的重复压缩功耗。     

多级离心压缩机械的系统稳定性分析

本文对多级离心压缩机的喘振动态特征进行了分析。采用稳态与动态参数相结合的方式,对诱导机组出现非稳定性的因素进行了研究;从压缩机内部流动的惯性和阻尼特征上,解释了该类机组的动态响应特征;发现了该类机组低压缸首先出现非稳定性,高压缸出现压力崩溃的现象．     

高温出水CO2气体冷却器特性研究

通过实验和数值计算对套管式气体冷却器在不同出水温度时CO_2侧物性参数分布进行了分析和比较,并利用仿真计算在特定出水温度下,套管式气体冷却器不同换热面积对其传热特性的影响。分析结果表明:在不同出水温度下CO_2的物性参数分布有明显区别,且其平均值随着出水温度的升高而降低,尤其是平均定压比热容;对数传热温差随着换热面积的增加而减小;总传热系数在换热面积为1.05A时达到最大值,当换热面积继续增大时总传热系数减小;在管长增加20%时,换热量提升4.6%;水侧对流换热随着换热面积的增大而增大;CO_2侧对流换热系数在流动过程中存在极值,并且其极值随着换热面积的增大而减小且位置向入口处移动。