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。     

基于PC-SAFT状态方程的均质2CLJ粗粒化分子力场的开发及热物性预测

基于力场的分子模拟在工质流体热物性预测及微观机理揭示方面可发挥重要作用。然而,分子模拟的关键在于精确分子力场的开发与获取。传统上,分子力场参数的获取主要通过对有限热力学数据的重现来实现,这往往基于一种十分耗时的试错法,且该类型力场的预测能力通常局限于有限的热力状态区间。为克服传统力场参数化方法的局限性,本文主要提出一种采用基于PC-SAFT状态方程的分子力场开发方法,并将该方法成功用于两芯Lennard-Jones (2CLJ)流体的热物性预测。     

低GWP混合工质水平小通道内冷凝换热特性研究

本文对:R32/R134a(55.5%/44.5%)、R32/R134a(23%/77%)、R32/R1234ze(60.5%/39.5%)和R32/R1234ze(26.5%/73.5%)四种低GWP混合工质在内径2 mm的水平光滑圆管内的冷凝换热特性进行了实验研究和理论分析。设定饱和温度为35℃和40℃,对四种混合工质在不同干度下的冷凝换热系数进行了测试,发现四种混合工质的冷凝换热系数在1~8 kW·m~(-2)·K~(-1)之间,且冷凝换热系数随饱和温度升高而降低,随质量流量增加而增加;比较了相同工况、不同混合比下的混合工质换热系数,发现混合工质的传热恶化现象随着面积质量流量减小而变得明显。本文将实验得到的冷凝换热系数408个实验数据与8个模型的预测结果进行了比较,发现多数关联式的预测误差较大,仅有Fuji-Nagata关联式的预测值与实验值较为接近。     

H_2O/H_2/CO_2混合工质PVT性质的分子动力学模拟研究

利用超临界水煤气化过程得到的H_2O/H_2/CO_2混合气体工质进行发电相较于常规的燃煤发电和煤气化技术具有更加高效和洁净的优点。获取该混合工质的PVT性质是进行基于该混合工质热力系统设计和运行的前提。目前尚未有超临界H_2O/H_2与H_2O/H_2/CO_2混合工质PVT性质的研究,本文采用分子动力学模拟方法与基于Peng-Robinson方程的理论模型预测方法对H_2O/H_2混合工质的PVT性质进行了研究,并对H_2O/H_2/CO_2混合工质的PVT性质进行了分子动力学模拟计算。为验证模拟方法的有效性,本文还对H_2O/CO_2混合工质的PVT性质进行了分子动力学模拟及基于Peng-Robinson方程的理论计算,并与实验数据进行了对比。     

低温共沸混合工质HC170/HFC23池沸腾传热实验研究

实验测量了新型共沸混合工质HC170/HFC23的池核沸腾传热特性.加热面为紫铜表面,实验测量的压力范围为0.1 ～0.5MPa,热流范围为10 ～300 kW/m2.实验结果与传统的低温共沸混合工质R503和R508B的实验数据进行了比较,发现新型共沸工质HC170/HFC23的传热系数与R503相近并高于R508B.同时用现有的经验关联式对实验结果进行了预测,并对预测结果进行了分析.     

基于PC-SAFT的CO2混合工质相平衡计算

统计缔合流体理论(PC-SAFT)能够应用于CO₂动力循环中CO₂混合工质物性的预测。PC-SAFT状态方程在计算CO₂混合工质气液相平衡时,其收敛性较差。本文介绍一种利用基于基团贡献法的蒸气压估算方法为PC-SAFT状态方程提供初值,从基团角度来预测CO₂混合工质气液平衡的方法。该方法在很多情况下的准确度高于Refprop 9.0计算结果,尤其在较高的CO₂比例下。对于温度滑移较大的CO₂混合工质计算中,该方法不会计算出Refprop 9.0中不平滑的尖点,避免了在一些情况下出现反常的计算结果,是一种稳定可靠的计算方法。     

NH_3-H_2O-P(CH_3)_4Cl体系气液相平衡、密度和黏度的测定

以氨水为工质对的吸收式制冷循环和热泵技术中,分离氨和水时需要大量能耗。本文将离子液体P(CH_3)_4Cl作为添加剂加入氨水中,组成分离能耗较低的三元工质体系。利用等温合成法实验系统,测定了NH_3-H_2O-P(CH_3)_4Cl体系在温度范围293.15~333.15 K、压力范围0~700 kPa.时的气液相平衡数据;然后采用扩展的Antoine方程对实验数据进行拟合,得到了可靠的拟合精度和方程的模型参数;最后,基于相平衡比讨论P(CH_3)_4Cl的添加效果,测定密度和黏度数据,作为进一步开发该工质体系的参考。     

超临界二氧化碳(S-CO2)气体箔片止推轴承动力特性研究

本文针对超临界二氧化碳(S-CO₂)气体箔片止推轴承的动态特性开展了数值研究。基于有限元分析软件ANSYS和计算流体动力学软件CFX,建立了气体箔片止推轴承动力特性的全三维非定常双向流固耦合数值预测方法,并采用不同气膜厚度下的轴承静态载荷和扭矩的实验数据验证了数值方法的有效性。计算分析了轴承受到轴向周期性扰动时,6种工质温度、5种工质压力、7种气膜厚度和6种扰动频率下的动态刚度和阻尼系数,获得了运行参数对S-CO₂气体箔片止推轴承动态性能的影响规律。     

二元混合工质HFC23/CFC13池核沸腾传热的实验研究

实验测量了二元混合工质HFC23/CFC13池核沸腾传热特性。加热面为紫铜表面,实验测量的压力范围为0.1~0.55 MPa,热流范围为10 kW/m2~300 kW/m2。实验数据同现有经验关联式的计算结果相比较,发现Fu jita andTsutsu i关联式和Thom e and Shak ir关联式对混合工质HFC23/CFC13的传热系数预测较准确,预测值与实验值之差≤±20%。     

分子模拟预测制冷剂热物性研究

分子模拟在预测制冷剂流体热物性方面的应用发展至今已有三种方法:分子动力学(MD)和蒙特卡罗(MC)和基于量子化学的COSMO-RS法。分子模拟方法计算物质的热物性仅依赖于物质的分子性质,因而可先于试验预测其热物性质,尤其可方便地解决混合物质的热物性计算,是预测制冷工质热物性的一种精确、有效的方法。本文综合论述了采用分子模拟方法对已知、未知制冷纯工质、混合工质的汽液相平衡时饱和蒸汽压、密度、焓等参数的模拟结果。模拟结果证明,分子模拟的结果与Refprop 8.0或实验值相比较,最大相对误差在20%以内,基本能满足工程需要,因此可以用来预测制冷剂流体的热物性。     

氨水混合工质的池内核沸腾换热

对非共沸氨水混合工质的池内核沸腾换热系数在氨浓度为0～100％的范围内进行了测定,并对氨水混合工质的沸腾传热特性进行了分析。利用氨水混合工质独特的热物性,比较了Stephan-Korner,Schlunder和Inoue的双组分混合工质预测关联式,并得出了预测氨水混合工质的池内沸腾换热系数的关联式,其预测精度为±35％。     

有机工质热稳定性的离解能预测方法

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在可再生能源和工业余热等领域有着广泛的应用,目前热源温度范围更高的超临界ORC由于其高效率、低损失等优势得到广泛的关注。随着热源温度的提高,有机工质的热稳定性成为更为重要的工质性质,是工质筛选工作中需要首先确定的关键因素。目前针对有机工质热稳定性的研究主要集中在实验方面,而要对上百种适用工质进行筛选,合适的理论预测方法是必要的。本文提出了一种对有机工质热稳定性进行预测的离解能预测方法,可以实现对于不同种类有机工质热稳定性的理论预测。计算结果表明工质的最小离解能能够很好的表征工质热稳定性的相对大小;同时选择HFE7100作为验证对象对预测方法进行实验验证,发现实验结果与预测结果相符合。同时通过对最小离解能的计算对不同官能团对工质热物性的影响以及不同种类工质在超临界ORC中的适用性进行了分析讨论。     

理想气体热容的声学测试技术研究

根据热力学基本定律导出的一些热力学关系式,确定了各种热力学参数之间的普遍关联.只要知道了流体在理想气体状态下热容随温度的函数关系以及流体的状态方程,就能确定出该流体的内能、焓、熵、自由能、自由焓、(火用)以及逸度系数等热力学参数.此外,理想气体状态下的热容数据,还可用以反推分子结构与分子间相互作用的微观特性.因此,用实验方法确定工质在理想气体状态下的热容,对于流体工质热物性的研究具有十分重要的意义和作用.     

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。     

HFC32/HFO1234ze二元混合工质的热物性模型

在实验数据基础上,建立了适用于HFC32/HFO1234ze二元混合工质的PR方程模型,并对实验数据、模型计算结果和Refprop 9.0计算结果进行了比较分析;作出了定温度下泡、露点压力随混合比的变化关系图以及定压力下饱和温度随混合比的变化关系图,分析得出HFC32/HFO1234ze二元混合工质属于非共沸工质,存在温度滑移,500 kPa压力下混合物在0.27/0.75处温度滑移达到最大为12.7℃;选取状态参考点后,作出了不同混合比下的混合工质的logP-h图,得出了随混合比变化混合工质的热力学性质的变化趋势,为系统的设计提供基本的热力学数据;最后,以R410A循环性能为基准,对不同混合比下混合工质的"相对循环性能"(COP_(mix)/COP_(R410A))进行了分析,为家用空调制冷剂的替代和系统的优化提供方向。     

超临界二氧化碳向心涡轮设计及变工况性能预测

本文针对以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质的向心涡轮,在常规一维分析方法的基础上,引入相应的损失模型,开发出适用于真实气体工质物性计算的一维气动设计程序和一维变工况性能预测程序。文中首先利用试验对损失模型的准确性进行了验证,进而针对某S-CO_2向心涡轮,利用所开发程序进行了设计和性能分析,并采用三维CFD方法进行了数值模拟。结果显示,设计方案的气动性能和变工况运行性能良好,并且一维计算结果与三维模拟结果总体吻合,说明一维程序的分析结果精确可靠;但一维预测程序对于堵塞点质量流量计算值偏高,为程序进一步改进指明了方向。     

碳氢化合物/阻燃剂混合工质替代HCFC22的研究

为推进碳氧化合物(HCs)自然工质的安全应用,本文尝试引入阻燃组元,组成以自然工质为主体,环境特性、 安全性和循环性能俱佳的HCs/阻燃剂混合工质。对阻燃组元的选择原则和性能进行了探讨,通过理论循环分析,得出了 CO2/HC1270/R13I1等6种HCFC22替代物。     

NH_3-H_2O-[P4444]Cl体系气液相平衡测定

基于氨水工质对的吸收式制冷和热泵技术中,氨和水分离时需要精馏而产生大量能耗。针对这一缺陷,本文提出改良措旋:将离子液体[P4444]Cl作为添加剂加入氨水中,组成分离能耗较低的新工质体系。利用等温合成法,本工作测定了[P4444]Cl水溶液浓度为33.33%(质量分数)的NH3-H_2O-[P4444]Cl体系在温度范围0~60℃、压力范围0~650kPa时的气液相平衡数据,并采用多项式方程对实验数据进行拟合得到模型参数。最后,本工作还讨论了该工质体系的其他热物性作为进一步开发的参考。     

激光烧蚀掺杂金属粉工质的推进性能

为结合金属高比冲和聚合物工质高冲量耦合系数的优点,为激光推进光船优选工质,对掺入金属粉末的聚甲醛(POM)工质在CO2激光辐照下的推进性能开展了实验研究。结果表明：在一定的条件下金属粉末能提高工质的推进性能。掺入微米铝粉的聚甲醛工质的冲量耦合系数最大值由12×-5 N/W提高到21.72×10-5 N/W,在直筒结构的约束下,最高冲量耦合系数和比冲分别提高到61.64×-5 N/W和727.32 s,能量利用率超过了100%,表明工质参与了化学反应。     

用PVTX装置研究二元混合物的汽液平衡——由{PvTX}推算{TPxy}

混合工质的TPvX数据和汽液平衡(TPxy)数据是两类重要的热力学基础数据。前者主要用PVTX装置测定,后者则用汽液平衡釜结合色谱分析得到,但一般限于中、低压范围.倘用PVTX装置来研究混合工质的汽液平衡,由于其测量方便,精度高以及温度压力范围广,有其独特优点.常用的定容线斜率分析法和直接观察法,只能产生泡点(TPx)或露点(TPy)数据,而x、y不可兼得,要得全面的汽液平衡关系,实验量太大,因而此法受到限制.本文提出探讨的一种方法,由PVTX装置测定的两相区实验数据PvTX(X为混合物总组成)直接推算汽液平衡的TPxy数据,可以弥补前述方法的缺陷,直接提供高温高压汽液平衡数据,并把PvTX和TPxy两类数据统一起来研究.