混合工质中低温热力循环特性研究

本文从热力学第二定律角度出发,对氨水混合工质中低温动力循环进行了分析。通过与简单蒸汽循环的比较,揭示了混合工质热力循环的特性及本质,指出工质蒸发换热过程的匹配及冷凝过程是混合工质循环高效的关键。为了改善冷凝过程,可采用分馏冷凝系统取代传统的冷凝方式。同时,本文还探讨了一些基本规律,明确了余热回收过程中中低温段换热匹配的重要性     

NH_3/CO_2复叠式制冷循环系统的热力性能分析

为研究NH_3/CO_2复叠式制冷系统的热力性能,寻求最佳的运行参数,建立了NH_3/CO_2复叠式制冷循环数学模型,并对系统的运行参数进行了理论计算。基于计算数据,对低温端蒸发温度、冷凝蒸发器内传热温差、低温端冷凝温度及高低端质量流量与COP的相关性进行了分析,讨论了这些参数对COP的影响。研究结果表明:低温端蒸发温度、冷凝蒸发器内传热温差及高低端质量流量与COP存在显著相关性。     

R1270/CO_2复叠式制冷系统热力学分析

针对R1270/CO_2复叠式制冷系统,通过能量及分析的方法,分析了低温级冷凝温度、系统蒸发温度、系统冷凝温度以及冷凝蒸发器传热温差对系统COP、损I和质量流量的影响。分析结果表明,在其他变量一定的条件下,存在确定的低温级冷凝温度使系统COP最大,总损最小;适当的升高系统蒸发温度和降低系统冷凝温度,以及减小冷凝蒸发器传热温差,可以增大系统COP和降低损;R1270高温级部件和冷凝蒸发器的损占总损比例较大,需对其进行重点优化。降低低温级冷凝温度和系统冷凝温度,提高系统蒸发温度可以减少系统中R1270的充注量。     

水蒸气超高温热泵系统的实验研究

近年来以低温室效应(GWP)的制冷剂的蒸汽压缩式高温热泵一直是余热回收领域的研究热点。为获得更高的输出温度,本课题组搭建了一台采用自然工质水作为循环冷媒的超高温热泵样机并进行了实验测试。实验结果表明蒸发温度为80℃,冷凝温度从115℃升至145℃时,热泵的COP从4.88降至1.89。在85℃蒸发,117℃冷凝时,最高COP为6.1,制热量为285 kW,同时在85℃蒸发时,该热泵的最高冷凝温度可达到150℃,此时COP为1.96。在相同的温升下,热泵的COP和卡诺效率都随着输出温度的升高而增加,因此我们认为该热泵更适合高温输出的应用场合。     

压水堆冷凝回流特性的研究

利用高压汽水两相流试验系统模拟压水堆小破口失水事故中冷凝回流传热模式,进行了传热、流动及不凝结气影响的试验。实验表明：冷凝回流传热是一种十分有效的传热模式,它在很小的一、二次侧温差时就能排放大量堆芯余热。冷凝回流系统在正常情况下流动阻力很小且稳定,但在达到回流流动极限后出现不稳定。不凝结气的存在将大大降低蒸汽发生器的传热能力,但一般情况下,系统能自动增加一次侧压力而达到排除余热的目的。     

基于SAGD稠油开采余热利用的冷热电三联供系统

将水平井蒸汽辅助泄油(SAGD)技术运用于稠油开采可提高采收率,对超稠油油藏的开发具有重要意义。但伴随着SAGD工程的生产运行,大量中低温余热热能被浪费。针对稠油开采余热利用问题,本文设计了一种基于SAGD稠油开采余热利用的冷热电三联供系统,构建了系统热力学模型,利用Aspen HYSYS软件进行模拟计算,分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明:卡琳娜循环的蒸发压力降低,透平进口温度增加,以及调整氨气组分为0.7,均有利于增加循环发电量、余热回收率和拥效率;低温制冷循环压缩比和冷凝温度的降低,可以提高制冷量和制冷效率;按卡琳娜循环余热回收率92.5%计算,系统最多可回收余热9.25×10~5 MJ/h,按0.9 CNY/kW·h电价计算,系统可带来约270万元/年的经济效益。     

平行流热管换热器传热传质特性的数值模拟研究

建筑排风冷能回收是降低建筑能耗的重要手段。本文基于Fluent提供的VOF模型,编写蒸发冷凝相变的UDF程序,对用于建筑排风冷量回收的平行流热管内部的蒸发和冷凝特性进行了数值模拟,计算结果揭示了平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程。结果表明:蒸发主要发生在液池内部,冷凝主要发生在冷凝段和绝热段的近壁面部位;相变传质过程是保证热管高效换热的关键因素。本文结果为设计平行流热管换热器提供理论依据。     

低温余热驱动的工业除湿系统性能研究

针对传统冷凝除湿方法耗电量大的问题,提出一种利用低温余热的双级溶液除湿系统,余热的高温部分通过再生器将稀溶液转换成浓溶液,余热的低温部分驱动单效吸收式制冷机制冷,实现了余热的梯级利用。浓溶液在第一级除湿器完成空气的初步除湿,中间浓溶液经过吸收式制冷机降温提高吸收能力后,进入第二级除湿器对初步除湿的空气进行深度除湿。新系统与冷凝除湿系统相比,相对节电率达到96.17%,余热折合发电效率达到6.94%。通过研究双级除湿过程驱动力的匹配,发现除湿过程除湿工质与湿空气之间的表面水蒸气分压力更加匹配,除湿过程平均水蒸气分压力差比冷凝除湿过程减少20%以上。本研究提供了一种利用低温余热实现空气深度除湿的新型除湿系统流程与方案。     

数据机房阵列平板微热管传热影响因素研究

基于相变传热的平板微热管阵列近年来频繁应用在狭小空间换热以及高热通量器件散热上.采用AN-SYS有限元模拟技术中的多相流模型对"铝-甲醇"组合微热管换热单元的换热过程进行模拟.模拟结果表明:充液率、管段位置以及截面形状等三种因素会影响单根微热管的换热性能;充液率为30％时传热效果较好;适当移动蒸发段或者冷凝段对工质相变...     

热功复合驱动热泵循环热力性能研究

本文对LiBr-H_2O工质对的热功复合驱动热泵循环的热力性能进行了模拟分析,研究结果表明吸收式热泵循环耦合压缩过程,可以有效提高极限温升,拓宽了热泵适用范围,大幅降低发生温度,放宽了热泵对余热的要求。冷凝压力不变时,随着压缩过程压比的增大,复合循环的性能系数先是快速升高,达到最大值,后缓慢降低。提出一种烟气型双压热功复合驱动热泵循环,能够对余烟热能进行梯级利用,与吸收式热泵循环和复合热泵循环相比,其单位质量流量烟气的制热量分别提高了6.8%和7.0%。本文研究结果为热功复合驱动热泵循环的设计与系统集成提供了理论支撑。     

基于三元混合工质高温压缩式热泵循环性能研究

工业生产中存在大量的70～80℃的余热未被回收利用,如果利用热泵将这部分余热转化为高品质工业蒸汽则可大大降低工业能耗和污染物排放。本文研究一种回收废水余热制取蒸汽的高温热泵系统,在蒸发器侧水进出口温度80/70℃和冷凝器侧水进出口温度90/120℃设计工况下,针对该换热过程"大温差"和"高冷凝"的换热特点分析对比不同非共沸工质的循环性能。首先对比了多种二元混合工质的循环性能,得到性能较为优良的混合工质R124/R141b(0.45/0.55).为保证压缩机安全运行添加第三元组分以降低排气温度和压力,结果表明:三元工质R365mfc/R124/R141b(0.55/0.405/0.045)综合性能较佳,其COP达到4.9,并且单位容积制热量为4110 kJ/m~3,同时排气温度125℃和冷凝压力为1595 kPa,综合性能优越并满足压缩机安全运行要求。     

利用低温烟气余热的吸收-压缩复合热泵系统

针对工业过程中大量低温烟气直接排放带来的能源浪费和热污染问题,本文提出一种吸收-压缩复合热泵系统,回收200℃以下的低温烟气余热,制备0.5 MPa工艺蒸汽。该系统将热压缩和机械压缩有机结合,利用烟气高温段余热驱动热压缩过程,替代了部分机械压缩耗功,烟气低温段余热用于氨液在蒸发器的气化,氨气在吸收器中被稀氨水吸收,放出的热量用于生产工艺蒸汽。建立了系统热力学模型,模拟了系统设计工况的热力性能,每100 kW低温烟气,仅需耗电4.81 kW,便可制得25.33 kW高温热量(高于152℃)。进一步研究了发生压力、浓溶液质量分数,精馏塔塔顶温度对系统性能的影响,为系统热力性能优化提供了理论依据。本研究为利用低温工业余热制备工艺蒸汽提供了一种新方法。     

零蒸发率超导磁体系统氦液化冷凝器的设计

零蒸发超导磁体系统利用制冷机作为冷源,常温氦气经预冷后直接液化为液氦。同时零蒸发超导磁体系统将冷却系统蒸发的饱和氦气或低温氦气冷凝再液化。整个试验过程无需加注液氦和补充液氦,实现液氦零损耗。其中氦气液化冷凝器是低温磁体杜瓦部分的核心部件,它的设计成败将直接影响系统能否实现液氦的零蒸发与零消耗。     

平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究

本文基于高速摄像仪设计搭建了平板热管气液两相流动与传热的可视化平台,开展平板热管受限空间内气液两相工质运行状态和相变传热行为的可视化观测。研究结果表明,平板热管存在突然启动和渐进式启动两种启动方式,在高充液率情况发生突然启动,而在低充液率情况下发生渐进式启动。在准稳定运行阶段,蒸发面先处于能量积累状态,随后热量伴随着核态沸腾快速释放到冷凝面,热管蒸发段和冷凝段壁面温度表现出周期性的温度脉动变化。在热量积累过程中平板热管蒸发段与冷凝端之间的传热性能弱,在核态过程中蒸发段与冷凝端之间的传热性能强。     

低温发电用翅片管换热器传热特性的数值模拟分析

为了深入研究低温余热发电系统用翅片管换热器的传热特性,文中建立了翅片管换热器计算模型,对工质R123在翅片管换热器内的传热性能进行数值模拟,比较管内工质R123在不同流速与温度时的换热特性,利用最小二乘法原理,对烟气侧和工质侧的换热关联式进行了拟合,得到了二者的换热准则方程,此外,利用实验方法对模拟结果进行验证。     

结合ORC和ARC的中温余热回收系统

中温余热回收过程中传热温差大,系统(火用)效率较低,本文提出一种结合有机朗肯循环和单效吸收式制冷系统的中温烟气余热回收系统。利用热力学第一定律和第二定律对系统建立了数学模型,分析了新系统中有机朗肯循环蒸发温度、冷凝温度等参数对系统性能的影响。同时对系统各主要部件进行了(火用)分析,并与双效溴化锂吸收式制冷系统进行了比较,通过T-Q图分析了新系统及参考系统的换热过程。结果表明新系统的(火用)损失从139.19 kW降低到93.18 kW,(火用)损失减少机理在于换热温差降低。     

R1234yf/R744和R134a/R744两种复叠循环性能对比

为了获得较低的低温环境,通过建立能量方程及辅助软件EES(Engineering Equation Solver)的编程,分析了R1234yf/R744和R134a/R744两种复叠式制冷系统的蒸发温度、冷凝温度、冷凝蒸发传热温差对系统性能的影响。结果表明:R134a/R744系统的COP略高于R1234yf/R744,R1234yf相对于R134a具有优良的环保特性,因此,在复叠系统中,R1234yf/R744可代替R134a/R744制取低温。     

R404A/CO2复叠式制冷系统的熵分析

为了研究R404A/CO₂复叠式制冷系统的性能,对其进行了热力学分析。采用理论计算和熵产最小法分析蒸发温度T_e、冷凝温度T_k、冷凝蒸发器的传热温差△T等参数对该系统的性能、部件及整个系统的熵产的影响。结果表明,给定T_e、T_k和△T时,在最佳低温级冷凝温度下,系统COP取得最大值,系统总熵产取得最小值;高温级节流阀和压缩机、冷凝蒸发器和低温级压缩机的熵产约占总熵产的80%。     

应用于低温领域的双温复叠式制冷循环

双温复叠式制冷循环可以用于低温领域中需要提供两个不同制冷温度的场合。首先介绍了双温复叠式制冷循环的原理和组成,然后建立了双温复叠式制冷循环的热力学模型,通过热力计算分析了冷凝温度、低温部分蒸发温度、蒸发冷凝器传热温差、流经高低温蒸发器质量流量比、过热度和过冷度对该循环性能的影响。     

基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻方法中冷冻载体的传热优化

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一。降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,减少低温保护剂对细胞的毒性伤害和渗透性损伤。本文针对冷冻载体在基于薄液膜蒸发的超高速冷却过程中的传热过程进行了优化分析。研究结果显示:细胞悬浮液的传热热阻在总传热热阻中的比重最大,设法减低它是强化细胞冷冻传热过程的有效手段之一;另外液氮蒸发传热系数的提高在一定范围内可以强化冷冻传热过程,但强化效果会随着蒸发传热系数的增加而减小。上述研究成果为基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻新方法走向实用提供了技术保障。