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。     

余热回收利用的高温热泵系统混合工质选择研究

开展高温热泵混合工质的理论研究,分析采用不同非共沸混合工质时热泵系统的热力学性能、经济性和环境性。研究结果表明:与纯工质相比,采用R161/R245fa(0.3/0.7)、RC270/R245fa(0.2/0.8)和R245fa/R290(0.7/0.3)等优选的十三种混合工质时,热泵系统的压缩机排气温度与压力均有下降,系统COP明显提升,其中采用R161/R245fa(0.3/0.7)混合工质时热泵系统的COP最高。采用混合工质时热泵系统的投资回收期均相对于纯工质有所降低,其中采用propyne/R245fa(0.3/0.7)时热泵系统的投资回收期最短,其后依次为R161/R245fa(0.3/0.7)、RC270/R600(0.5/0.5)、R161/1butene(0.3/0.7)、RC270/R245fa(0.2/0.8)等。同时,相对于其他混合工质,采用R161/R245fa(0.3/0.7)、RC270/R245fa(0.2/0.8)和R245fa/R290(0.7/0.3)时热泵系统的TEWI值较低,环境性更好。综合而言,采用R161/R245fa(0.3/0.7)、RC270/R245fa(0.2/0.8)、R245fa/R290(0.7/0.3)、R600/R1270(0.6/0.4)和R161/R600(0.4/0.6)等五种混合工质时综合性能较好,其中采用R161/R245fa(0.3/0.7)时热泵系统综合性能最佳。     

非共沸混合工质热泵循环的理论计算和分析

本文提出的计算方法,可避免比热方程,而主要利用已有的纯工质物性数据和少量混合工质实验数据,包括汽液平衡数据和PVTx数据,以拟合Redlich-Kwong方程混合规则中的二元相关因子k和Wilson方程常数,对非共沸混合工质的焓、熵进行计算。文中以R12(1)-R142b(2)二元混合工质热泵循环为例作了热力计算及比较了不同组成配比下对热泵循环性能的影响。     

混合工质变浓度空气源热泵系统的研究

本文分析了不同浓度混合工质R32／R134a和纯质R22理论循环性能,应用新型变浓度实验热泵装置测定了混合工质R32／R134a的变浓度循环特性,并与纯质R22进行了比较。结果表明,混合工质R32／R134a具有较好的容量调节特性。     

R1234yf/HCs混合工质热泵系统循环性能分析

在名义工况下建立热泵热水器系统的热力学循环模型,利用EES分别计算三种HCs纯工质及其与HFO1234yf混合工质的热泵性能。结果显示:R1234yf/R600(Z_1)和R1234yf/R600a(Z_2)均在质量分数(10/90)处出现最大制热COP值,分别为3.413和3.305,R1234yf/R290(Z_3)则出现单调递减的趋势。在最优配比(10/90)情况下,混合工质Z_1系统排气温度为76.26℃,冷凝压力为0.681 MPa,压比为6.284,制热量为193.6 J/g,■效率为0. 212;系统Z_2、Z_3及纯工质R600、R600a、R290的制热性能系数COP分别较Z_1降低3.06%、3.09%、13.94%、5.10%、5.66%。Z_1具有较好的热力学性能,有望成为替代工质。     

基于遗传算法混合工质热泵多参数优化

本文将人工智能之一的遗传算法应用于混合工质热泵系统,在对热泵进行模拟的基础上构造了系统性能函数,对冷凝压力、蒸发压力以及回热度进行了多参数的优化,得到了使系统COP最大时的各参数的最佳值。发现在进行制冷/热系统多参数组合优化时,遗传算法全局寻优以及收敛能力与传统的优化方法相比,性能有了较大的提高。     

一种中高温热泵混合工质的实验研究

提出了一种适用于90-110℃冷凝温度范围的HFC类中高温热泵非共沸混合工质,其理论循环性能优于CFC114,实测COP为纯工质HFC245fa的97.2%-130.6%、制热量高于HFC245fa。     

几种中高温热泵工质的循环性能实验研究

出于对工质自身环境特性和系统运行性能对环境的综合影响的考虑,对理论循环性能优良的HCFCs工质HCFIC124、HCFC142b,含有HCFCs的二元混合工质MB3B、 MB3C、 MB1B和三元混合工质MT1C,在冷凝温度为60～90℃的中高温热泵工况范围内,进行了循环性能对比实验研究.实验在水-水蒸汽压缩式热泵实验台上、以指定工质侧参数的实验方式进行.结果表明, 6种工质的实验循环性能优良.与ODP为0、具有在冷凝温度为80℃以上的工况范围应用潜力的代表性工质HFC245fa相比,在HFC245fa适用的实验工况范围内,6种工质的压缩机排气温度均高丁HFC245fa; MB1B.MT1C系统的COP明显高丁HFC245fa,其余4种工质系统的COP略高于HFC245fa;6种工质系统的制热量均明显高丁HFC245fa.     

三种高温热泵混合工质的理论研究

针对双热源热泵系统,理论分析了三种混合工质R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270随R245fa质量分数变化时的系统热力学性能。结果表明:混合工质在特定配比时,系统热力学性能明显优于上述任一种纯工质。出口水温为80℃时,R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270分别在R245fa质量分数为0.64、0.7和0.88时系统COP取得最大值,其值相应为4.74、4.68和5.15。三种混合工质中R245fa/RC270(0.88/0.12)的性能最高,与纯工质R152a相比,COF提高了约20%,产生单位质量热水的耗功降低了16.6%,并且压缩机排气温度和排气压力大幅降低。利用T-Q图分析了蒸发器和冷凝器中冷热流体间的温度匹配特性,发现采用混合工质后换热器中冷热流体的温度匹配性能明显变好,其中R245fa/RC270(0.88/0.12)温度匹配最佳。     

复合工质热力特性的计算

本文推广使用了求复合工质临界温度的k_(ij)-V_i|V_j曲线及求纯质饱和蒸汽压的公式,并提出用混合热力学函数的方法计算复合工质在汽化过程中的焓变化及熵变化。 一、复合工质的状态图,临界参数和饱和蒸汽压 复合工质的p-T图与T-s图如图1所示。在共沸点上,复合工质的汽化过程与纯质完全相同,如是全共沸复合工质,则整个汽化过程与纯质完全相同。     

土壤源热泵系统冷凝热回收的优化研究

文中提出了一种土壤源热泵冷凝热回收系统,能够减少冬夏两季土壤源热泵系统从土壤冷热源排放吸收热量不均对土壤温度场所造成的影响,并结合火用平衡方程建立了土壤源热泵系统冷凝热回收的优化模型。基于此模型,探讨了系统冷凝器和地下埋管的优化配置,通过模拟计算对该系统在制冷工况下改进前后的运行情况进行了分析对比,结果显示土壤源冷凝热回收系统应用于实际工程能够提高整个系统的COP以及火用效率。     

气液双热源耦合热泵空调性能模拟研究

建立了气液双热源耦合换热器的耦合换热模型,并对其在耦合热源热泵空调中应用时的制热工况进行了性能模拟研究。模拟结果显示,使用该气液双热源耦合式换热器的耦合热源热泵空调系统,气液双热源模式与单空气热源模式相比,制热量和COP均有明显提高,低温时性能提高更为显著。当室外温度为-15℃时,双热源热泵的制热量较单一空气源热泵提高比例进一步增大,制热量提高近40%,COP提高近30%。     

小型复叠式空气源热泵采暖系统性能影响因素的实验研究

本文探讨了循环水流量﹑热水温度及环境温度等参数对小型复叠式空气源热泵采暖系统性能的影响。实验结果表明:在一定温度范围内,随着制取热水温度的升高,热泵的制热量逐渐降低,热泵的输入功率逐渐增大,系统COP呈下降趋势;当制取的热水温度相同、环境温度较高时,热泵的制热量、热泵平均COP值较高;在一定流量范围内,循环流量越大,热泵的制热能力越高,当制取热水的温度相同时,大循环流量下高温环路的压缩机排气温度越低,运行越稳定。     

太阳能辅助空气源热泵空调低温特性研究

为了改善和提高空气源热泵空调冬季低温环境下的工作性能,设计了以翅片-套管复合式换热器为核心部件,以太阳能低温热水作为辅助热源的太阳能辅助空气源热泵空调,并对该热泵空调进行了低温工况性能测试。实验结果证明,当室外环境温度低至-15℃时,太阳能辅助空气源热泵空调与单一空气源热泵空调相比,系统性能得到明显改善,COP提高50%以上。     

适于低温的双级压缩热泵系统的压缩机仿真

适于低温环境工作的双级压缩空气源热泵热水器,能够很好地解决低温工况下普通单级压缩空气源热泵热水器使用存在的问题。结合半经验公式分别对系统内两个压缩机建立稳态模型,用1 stopt软件拟和出输气系数和电效率以简化模型,并对模型的不足之处作进一步修正,仿真结果比较理想,同时也反映了双级压缩热泵系统很好的低温适应性。     

非共沸混合工质自复叠热泵循环试验研究

单级压缩式热泵冷凝温度与蒸发温度之差一般为40~50℃,非共沸混合工质自复叠循环具有工作温差大的优点,将其应用于热泵循环,则可产生较大的供热温差。该文通过搭建一个空气源自复叠热泵实验台,利用NIST公司的制冷剂物性数据库Refprop7,绘制出了混合工质的温度-浓度图。经过实验,分析了自复叠热泵循环工作温差的影响因素,得出了自复叠热泵气液分离器简单分离对增大工作温差的作用有限,增加工质的相对挥发度也不能显著改善热泵的运行性能等结论。并进一步得出了增设分凝设施可显著增大工作温差的结论。     

Numerical Simulation of the Non-Fourier Heat Conduction in a Solid-State Laser Medium

A hyperbolic model of non-Fourier heat conduction with non-uniform heat source is used to simulate the transient heat transfer in a high-pulse-pumped solid-state laser medium. The temperature fields are numerically analysed using the finite difference method combined with the TDMA algorithm for different pump power densities, pulse durations, thermal relaxation time and cooling intensities, respectively. The calculated results are compared with those predicted by the parabolic heat conduction model based on the Fourier law. The results indicate that the non-Fourier heat conduction phenomenon in laser media should be considered when the pump power density exceeds 104 W/m^2 or under low pulse duration. In addition, the conditions of non-Fourier effects and their influencing factors are analysed.     

中间补气的双级压缩热泵系统性能的实验研究

以滚动活塞压缩机为例,搭建了带中间补气的单机双级压缩热泵系统,对中间补气参数对系统制热性能的影响进行实验研究。实验结果表明:中间补气与不补气相比,制热量增加5～8%,制热COP提高3～7%。能降低排气温度8～14℃,压缩机效率提高5～12%,高压级容积效率提高4～9%。为今后压缩机设计和热泵系统运行提供了实验数据和经验参考。     

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。     

Theoretical analysis of the heat dissipation mechanism in high power photonic crystal fiber lasers

Starting from the special structure of photonic crystal fiber (PCF), the heat dissipation model of a PCF laser is constructed. Based on the heat dissipation model, the temperature distributions along the radial and axial directions of the PCF (DC-Yb-17040) for forward pump of 200 W and two-end pump of 100 W each side are calculated numerically by using the finite element method (FEM). The results show that the temperature distribution for two-end pump mode is more even than that for forward pump mode and the maximum temperature in the fiber decreases by 178.16 °C. With the thermal power in fiber core being assumed to be fixed, the effects of the core radius, outer cladding radius, and air-clad width on the temperature distribution along the fiber are analyzed numerically. The results show that the changing of core radius only affects the temperature in core region slightly and the decreasing of air-clad width decreases the temperature in inner cladding and core regions effectively. Meanwhile, the temperature of the whole fiber can be decreased by increasing the cladding radius.