超临界CO_2及其混合工质布雷顿循环热力学分析

本文运用热力学第一、第二定律对分流、预压缩再热、改进再压缩超临界CO_2布雷顿循环进行了热力学分析,重点讨论了压缩机和透平入口工况(温度、压力)对循环热力学性能的影响。以改进再压缩循环为基础,进一步提出以CO_2为基底的混合工质布雷顿循环,分析了气体种类及加入量对混合工质布雷顿循环热力学性能的影响。结果表明:提高透平入口工况能够提高不同形式循环的效率;与压缩机入口温度对循环效率的影响相比,压缩机入口压力对循环效率的作用更大;在CO_2质量分数大于50%的情况下,加入氙气与氪气均可提高循环热效率,增幅最大分别为1.44%和3.04%,氙气与氪气对应质量分数分别为50%和26%;加入氮气反而使循环效率降低。     

铅基堆超临界CO2复合循环发电系统热力学分析

本文对比了再压缩超临界CO2 (S-CO2)循环、蒸汽朗肯循环、He布雷顿循环分别应用于铅基堆的最优热学性能,明确了S-CO2循环与铅基堆结合较传统循环的热力学优势。为进一步提高再压缩S-CO2循环的效率,以跨临界CO2 (T-CO2)循环为底循环构建了再压缩S-CO2/T-CO2复合循环,探讨了不同顶循环透平入口温度、压力和压缩机入口温度条件下系统性能的变化规律,对比了S-CO2/T-CO2复合循环和S-CO2循环的热学性能。结果表明:铅基堆再压缩S-CO2循环发电系统较传统循环形式具有更高的热效率;构建的S-CO2/T-CO2复合循环能够有效提高S-CO2循环的效率,在所研究参数范围内,S-CO2/T-CO2复合循环的热效率和效率比S-CO2循环分别最大可提高约4.8%和8.3%;再压缩S-CO2循环和S-CO2/T-CO2复合循环热学性能随顶循环关键参数变化规律具有一致性。     

带有波转子的水蒸气压缩式制冷循环性能分析

将波转子用于水蒸气压缩,建立波转子制冷循环的热力学模型,与单级压缩制冷循环、两级压缩制冷循环进行对比,分析了波转子压比、蒸发温度对循环性能的影响。结果表明:空调工况下,波转子制冷循环的压缩机压比可降低55.56%,压缩机排气温度可降低42.51%,在波转子压比为2.25时制冷系数ε提升8.67%,达到4.95。     

活塞式与涡旋式压缩机用于中高温热泵的性能

对两台常温热泵压缩机—开启式活塞式压缩机和全封闭涡旋式压缩机进行了中高温热泵工况、中高温热泵工质下的性能实验研究。实验工况范围为冷凝温度75~95℃、循环温升35~45℃,实验工质为HFC245fa。结果表明,两台压缩机的排气温度均在允许范围内,两台压缩机的综合效率值与各自在常温热泵工况、原设计工质下的综合效率值相比无明显降低。     

柴油机多品位余热回收低损跨临界联合循环

为高效低损回收柴油机多品位余热,本文提出了一种跨临界有机朗肯联合循环,其中高温级循环用于回收温度较高的发动机排气余热和废气再循环(EGR)余热,低温级循环回收发动机冷却水余热、增压空气余热、与高温级循环换热后的排气余热和EGR余热。本文对联合系统高温级工质选择多种高温型工质,并对系统热效率、回收功、效率及整体效率随高温级最大压力的变化规律进行模拟分析。结果表明存在一个最优的高温级最大压力P_(maxh),使得随着P_(maxh)的增大,系统热效率先上升后下降,工质均存在热效率η(th)的最大值。甲苯不论是热效率还是效率均表现出较好的性能,并且使柴油机效率提高了6.86个百分点。     

直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统光-热-功一体化热力学分析

本文将简单回热,预压缩,再压缩,部分冷却和中间冷却超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环分别与塔式太阳能热发电(SPT)系统结合,建立了直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的光-热-功一体化模型,对5种S-CO_2循环下整个SPT系统在不同透平入口温度下的热力学性能进行了对比分析。结果表明:随着透平入口温度的增大,整个SPT系统的效率在650℃附近具有最大值,表明直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的运行温度并非越高越好;在本文研究的透平入口温度范围内(500~800℃),中间冷却和部分冷却S-CO_2循环下的SPT系统具有最高的效率,但系统也最为复杂;再压缩S-CO_2循环下的SPT系统在高温范围(650~800℃)具有较高的效率,且系统比较简单,具有巨大的应用潜力。     

基于新型S-CO2动力循环的内燃机余热回收

为了有效回收内燃机的废热,基于超临界CO₂(S-CO₂)再压缩循环,提出了一种新型的S-CO₂动力循环,并建立了相应的热力学模型,以分析系统的热力学性能,研究透平入口温度和系统压力对循环性能的影响。结果表明,在设计工况下,系统的净输出功为33.06 kW,热效率和效率分别可以达到35.86%和67.90%,余热回收率为58.70%。随着高压透平入口温度的升高,循环效率增加而净功减少。随着低压透平入口温度升高,循环效率和净功均增加。此外,存在再压缩机出口压力使净功和循环效率达到最大。     

冷库用冷藏系统准双级压缩循环特性研究

针对冷库冷藏系统夏季高温环境下出现压缩机排气温度较高、制冷性能降低等问题,设计并搭建了冷藏制冷系统实验台,研究了不同库外环境温度下系统制冷性能。结果表明：在库外高温工况下,补气系统相较于不补气压缩机排气温度降低了16.9%～18.4%,制冷量上升了12.8%～17.2%,压缩机功率增加了5.57%～6.51%,系统COP提升了6.93%～10.01%。     

基于Aspen的超临界CO2布雷顿循环性能研究

超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环发电系统与传统火力发电系统相比,具有系统尺寸小、循环效率高、工质易获取等优势。本文首先采用Aspen HYSYS与Aspen Plus软件分别建立了三种循环模型:简单循环、再压缩循环和分流再压缩循环;并使用三种物性方法对每种循环进行了模拟;对比实验室的数据,研究了不同物性方法的模拟精确度,数据表明Aspen Plus软件下的REFPROP物性计算方法精确度较高。然后在不同的工况参数下,使用该物性方法计算对比了三种循环在相同工况下的循环效率,结果证实:为获得高效率,回热尤为重要。最后,以再压缩循环模型为基础,在不同的回热条件下,研究了循环中五个主要参数对循环效率的影响。本文结论可为SCO_2的再压缩循环模型设计提供参考。     

补气技术应用于低温变频空调器的实验研究

针对电动客车用热泵空调器在低温工况下压缩比大、排气温度高、容积效率偏低、系统性能降低等突出问题,提出了带经济器的补气技术,并对系统循环过程进行理论分析,测试了在-15℃的环境温度、不同压缩机转速下,补气技术对电动客车用低温变频空调器的性能影响。结果表明:与不补气的热泵空调器相比,采用补气技术可显著降低压缩机排气温度,使系统安全可靠运行,特别是压缩机转速为5000r/min时,不补气时排气温度高达116.7℃,而补气时排气温度为99.6℃,相比下降了14.7%;采用补气技术提升了系统制热量和制热性能系数COP,且随着压缩机转速的提高,其效果更加显著,当压缩机转速由2000r/min提高到5000r/min时,与不补气的热泵空调器相比,系统制热量提升了16.2%~22.7%,COP提升了2.8%~14.2%。     

一种针对GM型氦压缩机的模拟方法

采用针阀、流量计、压力表和功率计等组件,对现有的一台商用GM型氦压缩机进行了实验测试。通过对测得的质量流量、输入电功和进排气压力等数据的分析处理,拟合得到了以压比为自变量的吸气体积流量和效率的关系式,提出了确定压缩机内部容积分布的方法。吸气体积流量、效率和容积分布三种特性可用于计算GM型氦压缩机在不同工况下的质量流量、输入电功和进排气压力。     

一种新型R32两级压缩热泵空调器的理论研究

针对R32单级压缩空调器排气温度偏高的问题,提出采用双缸滚动转子式压缩机实现两级压缩制冷循环的方案来降低系统的压缩比和排气温度并提高性能系数(CCOP)。建立相应的理论模型,计算了制冷工况和热泵工况下的性能参数。结果表明:采用两级压缩循环方式在制冷工况和热泵工况下使压缩机的排气温度分别降低了30.1℃和28.5℃,CCOP分别提高了3.02%和8.15%;同时分析了中间温度对压缩比、排气温度和系统的CCOP的影响,给出了最佳中间温度的范围。     

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。     

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。     

R410a双级制冷循环性能研究

基于两级节流、中间完全冷却的R410a双级制冷循环,建立了热力学模型并进行了性能分析。结果表明,随着双级循环中间压力的升高,系统制冷量和耗功均降低,系统COP先升高后降低,系统存在最优中间压力,并且对应最优中间压力存在最优中间温度。与单级循环相比,双级循环的高压级压缩机排气温度低于单级循环的排气温度,约低35.47℃,双级循环系统COP提高了约7.41%。■分析表明,蒸发器■损失最大,约占总■损失的42.78%,其次,冷凝器■损失占32.50%;压缩机■损失最小,约为16.70%,其中,低压级压缩机■损失比高压级压缩机高约28.60%。由双级循环中膨胀机代替节流阀循环的分析得出,膨胀机循环性能COP比节流阀提高了约42.24%,■损失降低约23.74%,膨胀机循环无论在参数优化还是性能改善方面,均比节流阀循环具有一定优势。     

天然气管线四级离心压缩机级间气动影响研究

本文以某天然气管线用四级离心压缩机为研究对象,通过数值分析压缩机在整机模型、逐级叠加模型和单独模型下的流场和气动性能,研究多级离心压缩机的级间气动影响规律及作用机制。结果表明,在设计工况下,逐级叠加模型的预测精度具有一定的可信度,而在非设计工况下,级间气动影响显著,逐级叠加模型得到的整机总压比低于整机模型;相对于单独模型,整机模型的第二级进口相对马赫数和气流角沿叶高方向分布更为不均,在近喘工况尤为明显;级间影响会破坏通流区流动稳定性,在多级离心压缩机设计过程中应充分考虑级间影响。研究工作对深入了解级间气动影响并完善多级离心压缩机气动性能预测模型具有参考价值。     

变频压缩机对双蒸发器并联重力供液系统的影响

为研究在低温工况下压缩机频率对重力再循环制冷系统的影响,保持库温不变,通过调节压缩机频率,测量重力再循环双蒸发器并联制冷系统的相关参数,并与相同压缩机频率下的直接膨胀供液制冷系统进行对比。结果表明:相同工况下压缩机频率为40Hz、45Hz、50Hz、55Hz和60Hz时,重力再循环供液制冷系统相比直接膨胀供液制冷系统的制冷量分别高2.36%、5.92%、7.16%、8.09%和10.1%;压缩机耗功分别高0.45%、2.92%、4.63%和5.76%;性能系数分别高2.36%、5.92%、7.16%和8.09%。故在低温工况下,重力循环制冷系统优于直接膨胀式制冷系统,且增加压缩机频率可优化重力循环制冷系统运行特性。     

余热驱动的吸收压缩复合式低温制冷系统研究

本文研究了一种完全由余热驱动的吸收压缩复合式低温制冷系统。该系统由混合工质动力子循环和吸收压缩复合式制冷子循环有机耦合而成,模拟计算结果表明,该系统在制取-55℃冷量时的整体性能系数和效率分别达到了0.357和28.02%,分别比参比系统提高了19%和57.77%。通过分析和循环耦合分析,揭示了该系统的节能机理。另外,还研究了动力子循环工质浓度、透平入口压力和压缩机出口压力对系统热力性能的影响。结果表明,为了保证较高的热力性能,这三个影响因素均存在最佳值,且其中压缩机出口压力最为敏感。经济性分析指出,新系统比投资比参比系统相对减小了12.23%。本研究为分布式供能系统提供了新的余热利用方法。     

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%。