基于超音速两相膨胀器的新型CO2热泵与制冷循环研究

综合性能优异的自然工质CO₂在改善环境问题方面具有重要作用。基于环保安全的CO₂,采用制冷效率较高、结构简单、无运动部件的超音速两相膨胀器作为膨胀降温装置,构建新型CO₂热泵与制冷循环,对新循环进行热力学分析和模拟计算研究。结果显示,理想的热泵循环最大热泵系数COP_h为5.83、最大制冷系数COP_c为4.90,展现出良好的制热制冷性能;空调温区工况,新型CO₂制冷循环COP_c为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO₂跨临界制冷循环COP的1.63倍,且系统运行压力降低,安全性可靠性提高;冰箱温区工况,COP_c随STPE入口压力的增大稳定在3.5附近,相对卡诺效率保持在0.78左右。研究表明,基于超音速两相膨胀器的新型CO₂热泵与制冷循环具有一定的发展潜力,为CO₂利用提供一种可能的参考。     

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。     

采用自然工质的冰场制冷系统性能分析

制冷系统在冰场建筑节能与环保方面有着巨大的潜力。以哈尔滨、北京和广州三城市为例,从热力学性能、运行能耗、经济性以及碳排放四个方面对采用CO₂和NH₃两种自然工质的冰场制冷系统性能进行了分析。结果表明：当室外温度在5℃以下时,CO₂制冷系统的COP高于NH₃制冷系统,双级CO₂系统相对NH₃-CO₂系统和NH₃-CaCl₂系统分别提高12%和25.1%;当室外温度在5—20℃时,CO₂系统和NH₃系统COP相接近;当室外温度高于20℃时,CO₂系统COP相对NH₃系统低46%左右。相对CaCl₂作为载冷剂,CO₂作为载冷剂可减少90%以上的载冷剂泵功。在三个城市的气候条件下,NH₃-CaCl₂系统的初投资最低,NH     

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.     

低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

OTEC增温再热朗肯动力循环分析

本文提出了一种OTEC(OTEC,Ocean Thermal Energy Conversion)增温再热朗肯动力循环，通过第二类吸收式热泵提升热源品质，在热力循环中创造一个相对高温区，与表层温海水共同对朗肯循环的湿工质进行过热，保证了透平出口干度，提升了循环的平均吸热温度，实现了单一热源下的梯级加热和能级匹配，系统效率得到较大的提升。论文构建了OTEC增温再热朗肯动力循环热力学模型，对比了增温再热朗肯动力循环与传统循环的热力性能，并分析了热泵子循环的最佳增温温度。结果表明：增温再热的效果与OTEC循环工质有较大关联，且存在最佳增温温度；对于采用R134A等近似等熵工质的OTEC循环，增温再热的热力性能提升不明显；而对于CO₂等工作在亚临界区间的工质而言，增温再热可使热效率提升19.63%⁴1.71%；对于NH₃等过热需求较大工质而言，增温再热具有显著的提升效果；其中NH₃工质的提升幅度最高，最佳增温温度为42.5°C,OTEC循环热效率可由2.34%提升至4.25%，升幅达84.45%。     

跨临界CO_2双级压缩/喷射制冷循环比较分析

对带双气体冷却器的双级压缩/喷射制冷(TETG)循环和带中间冷却器的双级压缩/喷射制冷(TEIC)循环建立了热力学模型,比较分析了两种循环的高压级气体冷却器压力、中间压力、气体冷却器出口温度、蒸发温度和喷射系数对循环性能的影响。结果表明:在指定的工况下,TEIC循环的COP极大值比单级压缩/喷射制冷(TE)循环高16%,TETG循环的COP极大值比TE循环高9.5%;TEIC循环的喷射系数高于TETG循环和TE循环;气体冷却器出口温度升高会导致两双级循环的最优高压级气体冷却器压力增大。     

附加碳税的综合能源系统优化调度分析

针对节能减排的能源转型发展要求,构建了结合可再生能源以及储能装置的综合能源系统模型。引入碳税将CO₂排放的环境问题转换为经济成本问题并建立以经济成本最低为目标函数的优化模型。利用改进的猫群算法对碳税为50 CNY/t的综合能源系统冬夏两季典型日优化调度,对比传统的冷热电三联产(CCHP)系统,综合能源系统的CO₂排放在夏季是CCHP系统的48.93%,冬季为50.86%;节能率在夏季可达到36.33%,冬季能达到23.65%;与没有引入碳税的综合能源系统相比,冬夏两季典型日共减少了40.28%的CO₂排放。对不同碳税下减排效果与经济性的分析,现阶段采用中等的碳税水平(50 CNY/t)更为合理。     

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。     

整体煤气化联合循环合成气水合物法分离CO2的分子动力学模拟

利用分子动力学（MD）模拟方法研究整体煤气化联合循环（IGCC）合成气（CO₂/H₂）水合物法分离CO₂的分离机理,系统研究了CO₂水合物、H₂水合物以及合成气水合物法一级分离所得CO₂/H₂混合气体水合物的微观结构及性质.模拟分析n个CO₂或H₂与水合物笼状结构的整体结合能ΔE关键词： 水合物法分离 分子动力学模拟 整体煤气化联合循环合成气 2分离')" href="#">CO₂分离     

O2/CO2气氛下循环流化床煤燃烧SO2排放

在热输入功率50 kW的循环流化床O₂/CO₂燃烧试验装置上研究燃煤SO₂排放特性及石灰石脱硫机理。结果发现,未添加石灰石时,O₂/CO₂气氛下SO₂排放量比相同O₂浓度的空气气氛下低;随着O₂浓度的升高,排放量升高。相同钙硫摩尔比下,O₂/CO₂气氛下石灰石的脱硫机理以直接脱硫为主,脱硫效率比空气气氛下高;随着O₂浓度的增加,石灰石脱硫效率提高。     

新型CO2近零排放中低温太阳能化石能源互补系统研究

本文提出了新的CO₂近零排放中低温太阳能化石能源互补系统（ZE-SOLRGT）并对其进行了热力性能分析。该系统在SOLRGT系统基础上引入纯氧燃烧,构成以水为工质的准联合循环。中低温太阳能集热与水蒸发过程相集成,改善了换热匹配,增大了工质流量,提高了输出功与热效率;并通过热化学反应品位得以提升,最终借由燃机循环实现高效热功转换。系统以低能耗实现了CO₂近零排放。研究表明ZF-SOLRGT相对SOLRGT尾气排放（火用）损减少了50.5%,热效率提高了3.6%,实现了CO₂分离与能源高效利用的一体化集成。     

经济器单级与中冷带负荷双级制冷系统性能分析

建立了R404A单级带经济器制冷系统及R404A双级压缩中冷带负荷制冷系统的热力学模型,研究蒸发温度和冷凝温度的变化对系统的排气温度、制冷剂流量及系统COP的影响。结果表明:在相同工况下,双级压缩系统的排气温度低于带经济器的单级系统,制冷剂流量和COP均高于带经济器的单级系统。在冷凝温度为35℃,冻结物冷藏间蒸发温度为-30℃,冷却物冷藏间蒸发温度为-7℃的设定温度下,双级系统的制冷系数为3. 72,比带经济器的单级系统高12. 28%,比基本单级制冷系统高17. 23%。双级系统运行更为安全可靠,受冷凝温度的影响更小。     

循环流化床富氧燃烧技术研究进展

富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)技术作为燃烧中CO₂捕集技术,在技术适用性和经济性上具有较强的优势。循环流化床富氧燃烧技术(Oxy-CFBC)兼顾富氧燃烧和循环流化床燃烧的优点,燃料适应性广,烟气中CO₂富集程度高,易于低成本实现CO₂的捕集。本文梳理了近十五年国内外学者对Oxy-CFBC技术的研究成果,从Oxy-CFBC装置、流化特性、燃烧特性、污染物生成与控制、燃料、富氧燃烧电站系统优化、新一代循环流化床富氧燃烧技术以及国内外专利情况等方面进行了总结和分析,最后对Oxy-CFBC在中国未来发展趋势进行展望。     

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。     

CO2/H2O混合气体在水平管外凝结换热与分离特性研究

本文通过实验研究了CO₂质量分数为11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~15 kPa的CO₂/H₂O混合气体自然对流条件下在水平管外的凝结换热规律,结果表明CO₂/H₂O的凝结换热系数随CO₂含量和壁面过冷度的增大而降低,但随总压力的增大而增大。根据实验结果建立了新关联式,将关联式应用到凝汽器的设计计算与分析,且对凝汽器进行了分离特性和经济性分析。     

人工冰场CO2制冷及热回收系统性能分析

针对人工冰场的制冷及热回收需求，提出了一种新型的CO₂并行压缩循环，对其进行热力学分析，并与常规循环和喷射循环进行对比，结果表明，并行压缩循环的制冷系数最高，而且随着环境温度降低而升高，该循环在跨临界运行时的最佳排气压力要低于常规循环；并行压缩的热回收量最小，但是制热系数和综合COP最高，而且随着环境温度降低，热回收量和制热系数会降低而综合COP会升高；该系统在全年范围内都能提供高效的制冷以及热回收性能。     

回热器对跨临界CO_2压缩喷射系统的影响

为了研究回热器对跨临界CO2压缩喷射系统的影响,本文在自行搭建的跨临界CO2压缩喷射系统实验平台上,通过改变冷却水进口温度分别对带回热器的跨临界CO2压缩喷射系统(TCES-IHX)和不带回热器的跨临界CO2压缩喷射系统(TCES)进行了性能测试.分析和比较了这两种系统模式下制热系数(COPh)、制热量、喷射系数、升压...     

CO2双缸滚动活塞膨胀机模拟及实验研究

本文对CO₂双缸滚动活塞式膨胀机的膨胀过程进行了模拟,分析了不同长度直径的中间通道对膨胀机膨胀过程的影响,综合考虑各种因素,得出了中间通道取长度为20 mm直径为4 mm时为最佳,依据模拟结果对CO₂双缸滚动活塞式膨胀机进行了改造,并利用CO₂跨临界循环水-水热泵系统进行了性能测试,并得出了初步的测试结果,测试结果表明,改造后的带膨胀机热泵系统运行状况已经由原来的偏离正常状态进入了比较正常的运行状态,膨胀机的膨胀比较之改造前也有所提高。测试结果显示膨胀机的等熵效率最高达到了42.3%。     

电场作用下S修饰C24N24从CO2/N2混合气体中选择性吸附CO2的第一性原理计算

在燃烧后气体中选择性捕获CO₂,对减缓因CO₂浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了外加电场作用下S修饰C₂₄N₂₄富勒烯(S@C₂₄N₂₄)对CO₂的选择性吸附性能.首先研究了S@C₂₄N₂₄的结构和性质,发现其具有良好的稳定性.其次,研究了无电场时S@C₂₄N₂₄对CO₂的吸附行为,发现其吸附为弱的物理吸附.另外,进一步研究了外加电场作用下S@C₂₄N₂₄对CO₂的吸附行为.结果表明,结合距离(CO₂与S)和CO₂的键角(O=C=O)随电场的增大而减小;当电场增加到0.018 a.u.时,物理吸附转变为化学吸附.关闭电场时,化学吸附又转化为物理吸附.此外,即使在相同的电场条件...