跨临界CO_2双级压缩增压系统热力学分析

建立了跨临界CO_2双级压缩增压系统的热力学模型,并对气体冷却器出口温度、膨胀罐内压力、过冷度等影响系统性能的因素进行了数值分析。结果表明:系统的最佳排气压力随着气冷器出口温度的升高而迅速升高,且在气冷器出口温度不发生改变的情况下,最佳排气压力随着蒸发温度的降低略微有所升高,而系统最佳COP随气冷器出口温度的升高而快速下降。系统的最佳干度值随着气冷器出口温度的升高而增大。在一定的蒸发温度下,系统COP随着膨胀罐内压力的增大而逐渐减小,同时随着过冷度的增大系统COP逐渐增大,但要比蒸发温度对系统性能的影响要小些。     

R23跨临界循环最优高压侧压力分析

跨临界热泵循环在大温差加热时具有显著优势。为了寻求更高效的跨临界热泵循环,对R23跨临界热泵循环进行了理论分析,计算了压缩机排气压力对系统性能的影响。计算结果表明,R23热泵系统存在最优高压侧压力,最优高压侧压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度、过热度都有关系,其中以制冷剂气冷器出口温度对最优高压侧压力影响最大。以制冷剂气冷器出口温度为自变量,利用多项式函数对最优高压侧压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-3.14%,平均相对偏差为1.22%。结果可以为R23跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

跨临界CO_2热泵高温热水器性能实验研究

本文针对排气压力、出水温度、压缩机频率、膨胀阀开度等参数的变化对跨临界CO_2热泵高温热水器性能的影响开展了实验研究,重点关注了出水温度高于75℃时的热水器性能特性。研究结果表明:不同出水温度对应不同最优排气压力,随着出口水温的升高,最优排气压力升高,相应系统性能降低;随着蒸发压力的升高,系统COP先增大后减小;在膨胀阀开度不变的情况下,压缩机频率85 Hz、环境温度25℃、蒸发温度14℃时,系统制取95℃热水时的最优COP为3.9。     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

CO_2跨临界循环耦合绝热吸收型两级溶液除湿系统性能分析

本文提出了CO_2跨临界循环耦合绝热吸收型两级溶液除湿系统,直接使用跨临界循环压缩机高温排气再生LiCl溶液,充分利用了跨临界循环排气温度高和温度滑移大的特点。本文使用LiCl溶液作为除湿剂,建立了复合系统的热力学模型,分析得到可用排热的温度滑移范围为120～50℃。耦合系统能够实现温湿度独立控制,跨临界循环的蒸发温度得到明显提高。一级除湿器除湿量占比与湿空气入口含湿量呈单调递增关系。一级除湿器进口LiCl溶液温度降低、浓度增大,能够提高溶液除湿循环的性能系数。耦合系统的可用排热与蒸发温度密切相关,存在一个临界蒸发温度使得可用排热满足系统再生需求。对比CO_2跨临界循环冷却除湿,在相同除湿量下,使用本文耦合系统进行除湿,跨临界循环的COP提高5.6%,压缩功减少29%。     

R116跨临界热泵循环性能分析

文中对R116跨临界热泵循环进行了理论分析,分别计算了压缩机最优排气压力和回热器对系统性能的影响。计算结果表明,系统存在最优排气压力,最优排气压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度以及过热度都有关系,利用多项式函数对最优排气压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-5.92%,平均相对偏差为1.77%;在蒸发温度-5℃、0℃、5℃,过热度5℃、10℃、15℃,气冷器出口温度25℃—70℃的情况下,分别对系统回热循环性能进行了分析计算,结果表明回热循环性能较无回热循环有大幅的改善,改善幅度介于12—95%之间。文中结果可以为R116跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

双节流跨临界CO_2两相流引射制冷系统的实验研究

文中介绍在跨临界CO_2制冷系统中采用的双节流装置,第一膨胀阀用来控制高压侧压力,第二膨胀阀用两相流引射器代替,以回收系统膨胀功。对双节流装置引射制冷系统的性能进行了实验研究,分析了两段式喷嘴几何尺寸和工况变化对引射器性能和系统COP的影响。实验结果表明,在固定工况下,随着第一喷嘴扩张角的增加,引射比和压缩机耗功先增大后减小,而系统制冷量和系统COP呈相反的趋势;随着第一喉部当量直径的增加,引射比和系统COP都先增大后减小。在固定几何尺寸下,蒸发温度为-1℃和-3℃时,系统COP和引射比分别取得最大值;随着气冷器出口压力的升高,引射比逐渐增加,而系统COP逐渐减小。     

跨临界CO2热泵空调系统仿真优化研究

为了研究跨临界CO₂热泵空调系统在不同工况下的制热性能,应用MATLAB软件,对带回热器的跨临界CO₂系统进行仿真研究。针对系统内排气压力P_cond、蒸发温度T_evp、气冷器排气温度T_out、过热度ΔT等因素,探究其对系统制热COP的影响。研究结果表明：T_evp、ΔT每升高1℃,系统COP分别上升5%～7%、0.1%～1.3%;T_out每增加1℃,系统COP降低0.17～0.04。通过仿真研究得出,跨临界CO₂系统的最优排气压力P_cond＿opt,并拟合得到其计算关联式。     

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℃。     

带回热器的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能实验研究

对带和不带回热器(IHX)的跨临界二氧化碳两相引射制冷系统进行了实验研究,主要分析了回热器、实验工况、引射器尺寸参数对系统性能的影响。结果表明:对于固定的气冷器出口温度、不同的气冷器压力工况,回热器的使用可使系统制冷量提高0.85%-8.60%,COP提高0.88%-11.7%;对于固定的气冷器压力,在不同的气冷器出口温度条件下,其制冷量可提高1.14%-2.92%,COP可提高0.99%-2.75%;在气冷器压力较低及出口温度较高的工况条件下,回热器对系统性能影响较大,系统COP及制冷量的最大改善均发生在上述工况条件下;喷嘴直径与引射器混合室长度之间存在一个最优匹配,两者的最优匹配能使系统COP大大提高。     

CO_2跨临界压缩式制冷循环理论分析

环保工质CO_2作为制冷剂用于空调领域再次受到广泛关注。文中对CO_2跨临界循环进行了热力学理论分析,分析结果表明:循环系统存在最优高压压力,使得其COP达到最大值;蒸发温度的升高或者冷却压力的降低都能提高COP,但都会降低效率;实际运行系统中,应该尽可能提高蒸发温度或者降低气体冷却器的出口温度。     

改进的CO_2两相流引射制冷系统性能实验研究

为了进一步优化系统,提升引射比,重新设计并制造了汽液分离器,将其增设于系统引射器之前,测试了不同工况下引射器及系统的性能,并将实验结果与传统系统进行了比较。实验证实,系统增设初级汽液分离器后可使引射效果得到提升,使主引射流以近乎单相流的状态进入引射器,从而使引射比增大,使制冷量和COP得到提高。当系统在只改变蒸发温度的工况下正常运行时,引射比可得到约22.4%～66.4%的提高,在蒸发温度为-2℃～3℃范围内,COP提高了约2%～26.9%;当系统在只改变气冷器出口温度的工况下正常运行时,系统COP可提高约1%～19%,在气冷器出口压力约为8.75 MPa时,系统性能达到最佳且引射比最大。     

两段式喷嘴对CO_2两相流引射制冷系统性能的影响

文章对采用两段式喷嘴的引射器及其两相流引射制冷系统在不同工况、不同几何尺寸条件下进行了实验研究。实验结果表明,在实验工况固定的条件下,采用两段式喷嘴的CO_2两相流引射制冷系统的COP随引射器第一喉部直径的增大而增大,引射比随第一喉部直径的增大而减小;系统COP和引射比随引射器中间连接直径的增大而减小。对于固定几何尺寸的引射器,系统COP随气冷器出口压力的升高而增大,引射比随气冷器出口压力的升高先减小后增大,在9MPa时引射比最小。与传统的CO_2制冷系统相比,采用两段式喷嘴的CO2两相流引射制冷系统的COP在不同工况的条件下均高于传统系统的COP,最大可提高约15%。     

CO2/R170共沸混合制冷剂应用于冷柜系统的热力学性能分析

基于一套小型冷柜系统建立了热力学模型,将纯CO2制冷剂和CO2/R170共沸混合制冷剂分别应用于该系统,详细计算了系统的性能参数和[火用]效率,并进行了全面的对比。研究结果表明:CO2/R170共沸制冷剂可显著降低排气温度,在所研究的范围内,最高可达16℃;在系统COP及[火用]效率方面,CO2/R170共沸制冷剂存在劣势;随着气冷器出口温度升高,系统的COP及[火用]效率方面的劣势不断减小,而降低排气温度方面的优势在持续增大,且压缩机的压缩比越来越低。因此,将CO2/R170共沸制冷剂应用于冷柜具有很强的可靠性,且更适用于气冷器出口温度较高的系统。     

蒸发温度和压缩机频率对复叠式制冷系统的影响研究

为扩展复叠式制冷系统在普冷领域的应用范围,本文设计一套小型变流量复叠式制冷系统,通过模拟和实验研究了蒸发温度t_e、低温级压缩机频率等参数变化对系统性能COP的影响。结果表明,保持冷凝温度40℃不变、在-34～-30℃范围内调节蒸发温度,蒸发温度升高,系统COP增大,低温级功耗降低;在50～65 Hz范围内调节低温级压缩机频率变化,随着频率的增大,COP先增大后减小,不同频率下对应不同的电子膨胀阀开度,使系统效率达到最佳。     

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。     

压缩机频率对双级压缩制冷系统的影响

为研究压缩机频率对双级压缩制冷系统性能的影响,通过实验,改变高温级压缩机频率来调节系统中间压力,分析一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统性能的变化。研究表明,在冷凝温度30℃、蒸发温度-30～-40℃的工况下,固定低压级压缩机频率,当高压级压缩机频率一定时,系统COP随着蒸发温度的升高而升高;当蒸发温度一定时,高压级压缩机频率从45 Hz升高到75 Hz,系统中间压力小幅上升,压缩机功耗增加,制冷量增加,系统COP呈现先增大、后减小的变化趋势,故存在一个最优运行频率使系统运行达到最佳状态。     

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.     

CO2跨临界水-水热泵系统实验研究

对CO2跨临界水-水热泵系统进行研究,并搭建实验台进行测试:系统中添加回热器与否的两种情况下,通过改变蒸发温度、冷冻水的流量和温度、冷却水的流量和温度,测试系统的制热系数COPh和制冷系数COP。结果表明,蒸发温度升高,系统的COPh、COP也随之增加;而冷冻水流量增加,系统的COPh、COP增加不明显;增加回热器后随着冷冻水温度升高,系统COPh和COP上升趋势显著;冷却水流量增加对系统性能的影响很大;随着冷却水温度的升高,系统的换热量降低,导致系统的COPh和COP随之降低。通过以上实验证明在相同的工况下,添加回热器可提高系统的性能。     

小型CO_2制冷系统中气冷器优化设计的效果研究

针对一套已有的小型CO2冷柜系统,对气冷器进行了优化设计,为了研究优化设计的效果,在相同工作条件下,对两套系统的运行参数进行了对比,讨论了优化设计前后,系统的运行功率、COP、压缩机的吸、排气压力及吸、排气温度。结果表明:优化设计后,系统COP增大到原来的1.44倍;运行功率降低了25W左右;压缩机排气压力降低了0.7MPa左右;压缩机吸气温度降低了5℃左右。对气冷器的优化设计,可以使其与系统更加匹配,制冷效果更好、更加节能;同时,也提高了系统的安全性。