NH3/CO和R507/CO2复叠式制冷系统性能模拟分析

建立了NH_3/CO_2和R507/CO_2复叠式制冷系统热力学模型,并改变冷凝蒸发器换热温差、低温级蒸发温度和高温级冷凝温度来研究两种系统的性能。结果表明,冷凝蒸发器换热温差对R507/CO_2复叠式制冷系统效率影响更大,相同工况下,R507/CO_2复叠式制冷系统的COP略低于NH_3/CO_2复叠式制冷系统,但R507/CO_2复叠式制冷系统随低温级蒸发温度升高的增长速率较大,随高温级冷凝温度增长而降低的速率较小,且R507制冷剂比NH_3制冷剂更加安全,可以通过降低冷凝蒸发器换热温差,提高低温级蒸发温度,降低高温级冷凝温度的方法来提高复叠式制冷系统COP。     

复叠式制冷系统性能的模拟分析

为提高制冷系统运行性能、优化系统结构设计,用EES软件对可实现复叠与双级压缩转换的制冷系统进行模拟分析,分析对比了复叠循环与双级压缩循环、级间容量比及高温级频率对复叠循环的影响。结果表明:蒸发温度对复叠循环和双级压缩循环系统COP的影响都很大,且蒸发温度较低工况下,应选用复叠循环以提高系统COP。对于复叠循环:蒸发温度和冷凝温度一定,随级间容量比的增加,复叠式制冷系统的中间温度降低,级间容量比与冷凝温度一定,蒸发温度每上升1℃,系统的中间温度增加1.5℃;当工况一定时,系统COP随级间容量比的增加呈现出先增大后减小的变化趋势,故对于固定工况下的复叠式制冷系统存在一个使系统COP最优的级间容量比;随高温级频率增大,系统的级间容量比减小,系统的COP先增大后缓慢减小,在达到最佳COP后,系统运行稳定。     

带引射器的R744/R717复叠式制冷系统的热力学分析

在R744/R717复叠式制冷系统中加入了引射器来回收膨胀功,并根据热力学第一定律建立分析模型。研究了中间冷凝温度、冷凝温度、蒸发温度和引射器组件效率对COP的影响。发现存在一个最佳中间冷凝温度使得系统COP达到最大值;在给定的条件下,与传统的复叠式制冷系统相比,带引射器的复叠式制冷系统的COP提高了6.4%~7.8%,并且引射器组件的效率越高,制冷系统的COP提升越明显。     

复叠与双级压缩系统的模拟对比分析

为了探究双级压缩制冷系统和复叠式制冷系统在低温环境下运行的可行性和经济性,在冷凝温度30℃,蒸发温度-20℃~-50℃工况下,通过EES模拟,将四种双级压缩循环方式分别与复叠式循环方式进行对比分析。研究表明:在蒸发温度从-20℃降到-50℃的工况下,同蒸发温度下,复叠循环系统的COP比一次节流中间完全(不完全)冷却循环系统的COP高20%,对于一次节流中间完全(不完全)冷却循环与复叠循环,系统COP都降低50%;对于二次节流中间完全(不完全)冷却循环与复叠循环,在同蒸发温度下,复叠循环系统的COP与二次节流中间完全冷却循环系统的COP相差不大,复叠循环系统的COP低于二次节流中间不完全冷却循环系统的COP,但二次节流的两个节流阀口径大,难协调并且系统回油不均,无法长期稳定运行。因此,在低温工况下(-20℃~-50℃)复叠循环相比于双级压缩循环具有更高的节能性、可行性。     

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。     

回热器对R404A制冷系统性能影响的实验研究

进行了回热器对R404A制冷剂性能影响的实验研究,得出了有无回热器工况下运行时机组的性能参数,并对它们进行了比较和分析。得到的结论是:回热器对R404A制冷系统性能在低温工况下是有利的;回热器虽然会使制冷系统的制冷量和COP增加,但都会引起压缩机排气温度升高,某些工况最高排气温度达到了162.8℃,会影响压缩机的正常运行。     

低温空气制冷系统性能数值模拟

采用集总参数法建立升压式低温空气制冷系统的数学模型,并用EES软件编制计算机程序,对系统性能进行模拟,分析压气机进口压力和回热器对系统性能和除湿效果的影响。结果表明:在系统中增加一级回热器可大幅提高系统的制冷量和COP,COP最多可提高约44%;而在系统中增加二级回热器可大幅提高系统的除湿效率,最大除湿效率约为47.6%,但对提高系统制冷量和COP效果不大;压气机进口压力的升高可大幅提高系统的制冷量和COP,而制冷温度的升高会导致涡轮进口空气的含湿量增加。     

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。     

R404A双级压缩载冷循环和复叠式制冷循环系统对比分析

阐述了R404A为制冷剂的两种不同形式的两级循环:R404A双级压缩CO_2载冷循环和R404A/CO_2复叠制冷循环。通过对比分析发现,两个系统都存在系统最大COP且都随着冷凝蒸发换热温差的增大而减小,随着蒸发温度的升高而增大。同时,在低温区间上复叠系统的COP较大,但是在-30℃附近,双级压缩载冷循环的系统COP和复叠式制冷系统相当,而且双级压缩载冷循环中R404A和CO_2的充灌量比复叠制冷系统少,在节约能源和系统维护方面很具有级优势。     

两级复叠蒸气压缩制冷系统研究进展

复叠制冷系统耦合两套制冷系统运行,解决大温差工况下单级蒸气压缩制冷系统能效比低、压缩机排气温度高等问题,在制冷系统和热泵系统中应用广泛。与多级压缩制冷系统相比,复叠制冷系统可灵活选用高、低温级制冷剂,提升系统运行效率。两套制冷系统的耦合,使得影响复叠系统性能因素增多,保持系统高效运行的控制方案更加复杂。概述了两级复叠蒸气压缩制冷系统现状,指出了高低温循环制冷剂的合理选取、复叠系统热力循环的优化及高效的控制策略是目前提升复叠制冷系统性能的三种有效手段。采用CO_2二氧化碳作为低温级制冷剂优选最优的高温级制冷剂,基于控制策略优化运行能效比是当前研究热点。     

吸附-吸收复叠式多效制冷循环研究

本文提出一种以吸附式制冷单元为高温级、以双效溴化锂吸收式制冷单元为低温级的复叠式多效制冷循环.通过热能在系统中的分级与多效利用,可提高制冷系统COP.在该循环中,吸附式单元工质对的温度高于200℃时,也不会产生腐蚀作用,因而是一种工艺上易于实现的新型制冷循环.     

R41/R404A复叠式制冷系统的理论分析

对R41/R404A复叠式制冷循环进行理论研究,分别对高低温压缩机的排气温度、压缩机的功耗、系统性能系数COP、系统的效率η、损失X以及系统中各个部件的损失所占的比例随蒸发温度T_e的变化规律进行分析。研究结果表明:R41/R404A复叠制冷系统存在一个最高COP对应的最佳低温循环冷凝温度T_4opt,且T_4opt随着蒸发温度的升高而升高;高低温循环的压缩机排气温度随着蒸发温度T_e的降低而升高,低温级压缩机排气温度升高的幅度远大于高温级压缩机排气温度;压缩机的输入功率随蒸发温度的升高而降低;COP随着蒸发温度的升高而升高,蒸发温度从-60℃升高到-30℃时,COP从1.04增加到1.83;系统损失随着蒸发温度的升高而降低,从蒸发温度-60℃到-30℃,系统损失从5.4k W降到3k W。系统的最佳效率随着蒸发温度的升高,呈现先增加后减小的趋势,在蒸发温度为-36℃时,最佳效率最大值为44.4%;损失主要部件是冷凝蒸发器、高温级的节流机构和高温级压缩机,三个部件的损失之和最大为60.4%,最低为57.6%。蒸发器和冷凝器的不可逆损失最小,其比例不到10%。     

R41/R404A复叠式制冷系统的理论分析北大核心

对R41/R404A复叠式制冷循环进行理论研究,分别对高低温压缩机的排气温度、压缩机的功耗、系统性能系数COP、系统的效率η、损失X以及系统中各个部件的损失所占的比例随蒸发温度T_e的变化规律进行分析。研究结果表明:R41/R404A复叠制冷系统存在一个最高COP对应的最佳低温循环冷凝温度T_4opt,且T_4opt随着蒸发温度的升高而升高;高低温循环的压缩机排气温度随着蒸发温度T_e的降低而升高,低温级压缩机排气温度升高的幅度远大于高温级压缩机排气温度;压缩机的输入功率随蒸发温度的升高而降低;COP随着蒸发温度的升高而升高,蒸发温度从-60℃升高到-30℃时,COP从1.04增加到1.83;系统损失随着蒸发温度的升高而降低,从蒸发温度-60℃到-30℃,系统损失从5.4k W降到3k W。系统的最佳效率随着蒸发温度的升高,呈现先增加后减小的趋势,在蒸发温度为-36℃时,最佳效率最大值为44.4%;损失主要部件是冷凝蒸发器、高温级的节流机构和高温级压缩机,三个部件的损失之和最大为60.4%,最低为57.6%。蒸发器和冷凝器的不可逆损失最小,其比例不到10%。     

脉管制冷机层叠丝网填充回热器导热特性数值分析及优化

回热器为回热式低温制冷装置的关键部件,其性能直接影响到整机性能。对层叠丝网回热器的轴向导热损失进行了理论分析和数学建模,采用单一及不同目数金属丝网混填了单级脉管回热器,基于80K,50Hz的工况下,理论分析了不同目数层叠丝网混合填充时,配比组合参数对回热器轴向导热损失的影响。结果显示:层叠丝网所引起的轴向导热损失为回热器轴向导热损失的主要形式。研究表明,恰当的混填形式可以提高回热器性能。在此基础上提出了层叠丝网回热器填充配比优化方法。     

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%。     

基于T形管的自复叠制冷系统性能分析

T形管中非共沸工质的组分分布对组分可调热力循环性能有重要影响。但目前的研究均是基于理想分离假设分析T形管对热力循环的影响。为研究T形管实际分离性能对热力循环性能的影响,设计了一种基于T形管的新型自复叠制冷系统。对制冷工况下T形管中R134a/R600a的组分分布进行数值模拟,基于数值模拟结果对新型自复叠制冷系统性能进行计算分析。结果表明：T形管出口的流量分配比越高,其分离效率越大。当干度大于0.8或R134a质量分数大于0.7时,T形管两个出口的分离效率相对较小。与无分离的制冷系统相比,基于T形管的自复叠制冷系统的COP可提升0.83%至18.69%,单位容积制冷量可提高3.09%至36.2%,过冷器热负荷可降低11.6%至31.3%。     

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。     

机械预冷的自复叠制冷循环对比优化研究

为提高自复叠制冷(ACR)系统的制冷量和能效比,提出了一种机械预冷的自复叠制冷(PACR)系统,高温级为R600单级蒸气压缩式系统,低温级为R134a/R23ACR系统。研究了在不同工况下PACR系统与ACR系统和带回热器的ACR(RACR)系统的性能。结果表明,在蒸发器出口温度为-50℃,气液分离温度为11℃时,PACR系统中高温级循环使用R600性能最优,较RACR系统的COP最优点有1.7倍的提升。在冷凝温度为30℃,蒸发器出口温度变化范围为-50～-40℃时,PACR系统的Q_e和COP相较于ACR和RACR系统更有优势,且蒸发器出口温度为-50℃时,PACR系统的Q_e和COP较RACR系统提升最大,可分别提高2.8倍和1.7倍。     

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。     

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。