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2018年第39卷第1期
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弹热制冷技术的发展现状与展望
钱苏昕, 袁丽芬, 晏刚, 鱼剑琳
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.001
摘要:弹热制冷是由应力场驱动弹热材料相变而产生制冷效应的固态制冷技术,特点是无任何环境破坏作用,具有较高的理论制冷效率和制冷功率密度。近年来,欧美多个研究机构对弹热制冷技术进行了持续性研究,使该技术得到快速发展,已有多个可实际工作的弹热制冷原型机。本文从热力学理论基础、弹热工质、原型机开发和系统性能仿真等方面展开分析与讨论,为国内同行开展弹热制冷相关领域的研究提供参考。根据文献资料,现阶段弹热制冷机的制冷效率可达14%的热力完善度(外部参数),且有潜力在未来达到30%的热力完善度,从长远来看,材料层面的热力完善度可达80%,在系统层面还有较大性能提升空间。因此,可以持谨慎乐观的态度认为,弹热制冷技术在今后将得到更快、更广泛的发展和应用。
关键词:非蒸气压缩制冷技术;固态制冷;形状记忆合金;制冷循环;原型机
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发布时间:2024-07-18
机械过冷CO2跨临界制冷循环性能理论分析
代宝民, 刘圣春, 孙志利, 齐海峰, 陈启, 王晓明, 马一太
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.013
摘要:采用蒸气压缩制冷循环(辅助循环)对CO2跨临界制冷循环气体冷却器出口的CO2流体进行冷却,可减小节流不可逆损失,提高循环性能。本文对机械过冷CO2跨临界制冷循环进行热力学循环分析,结果表明:当在最优排气压力和最优过冷度两个参数条件下,循环存在最大COP。环境温度越高、蒸发温度越低,采用机械过冷方法使循环性能提升越显著,相对传统CO2制冷循环,通过辅助循环可显著提高循环COP,降低CO2排气压力和温度。相对CO2压缩机,辅助循环压缩机的功耗较少。分析了辅助循环中采用11种不同制冷剂的性能,可得除R41外,其它10种工质对循环整体COP的提升程度差异不明显。综上所述,机械过冷CO2跨临界制冷循环更适用于环境温度较高、蒸发温度较低的场合。
关键词:CO2;跨临界;机械过冷;制冷循环
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发布时间:2024-07-18
带约束条件的CO2热泵热水系统高压控制方程
王磊, 梁星宇, 邵亮亮, 张春路
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.020
摘要:系统高压的优化与控制在提升跨临界CO2系统效率方面至关重要。在CO2热泵热水系统中,传统的高压控制方程中仅考虑了气体冷却器侧的出口温度而忽略实际应用中对出水温度的要求和温度夹点,导致系统性能大大降低。本文针对温度夹点和进出水温等约束的影响,建立了有约束的气冷器模型,并对系统高压进行了优化。采用实验设计以及统计学方法确定影响最优高压的主要因素,通过最小二乘法回归出最优高压控制方程。使用该高压控制方程的系统平均COP损失1.8%,最大COP损失8.7%,可以更好地满足实际应用。
关键词:CO2热泵热水;高压控制;约束模型;实验设计
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发布时间:2024-07-18
R245fa高温蒸气热泵理论与实验研究
赵兆瑞, 吴华根, 邢子文, 于志强
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.028
摘要:工业领域中高温蒸气的需求较大,由于小型锅炉的禁用、电锅炉的低能效及余热资源的浪费,因此高温热泵作为制取水蒸气的装置,有广阔的发展前景。本文设计了一种采用R245fa为工质的高温热泵系统与水蒸气制备装置,建立数学模型对系统及各部件进行模拟和性能预测,并搭建实验台研究其性能和运行参数随工况等的变化规律。结果表明:随着蒸发温度的上升,系统COP快速上升,相对值为0.55~1.3,上升速度逐渐减缓,制热量近似线性升高,排气过热度下降,换热温差显著上升;换热系数随着水流率的增加而增加,变化范围为1.7~2.8 kW/(m2?K)。
关键词:热泵;水蒸气;蒸发温度;实验研究
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发布时间:2024-07-18
采用涡旋压缩机的电动汽车空调准双级压缩热泵性能实验研究
唐景春, 李晨凯, 叶斌, 孟晓磊
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.034
摘要:为了解决电动汽车空调系统冬季采暖问题和抑制冬季恶劣工况下压缩机排气温度过高状况,本文采用补气增焓技术,设计了电动汽车准双级压缩热泵空调系统,构建了电动汽车空调准双级涡旋式压缩机性能测试实验台。采用5种不同室外环境温度工况,分别测试了单级和准双级涡旋式压缩机。结果表明:压缩机的排气温度随环境温度的降低而升高。5种工况下,单级涡旋压缩机的排气温度均高于准双级涡旋压缩机的排气温度,尤其在环境温度为﹣7 ℃时,准双级涡旋压缩机的排气温度降低了10 ℃。与单级涡旋压缩机相比,在低温工况下,准双级涡旋压缩机的排气质量流量提高了12.9%~17.4%,系统制热量提高了7.3%~8.3%,制热性能系数COPh提高了7.6%~8.2%。
关键词:涡旋压缩机;电动汽车空调;准双级压缩;热泵;性能实验
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发布时间:2024-07-18
密闭空间冻结法清除二氧化碳的实验研究
肖如熙, 何国庚, 田琦琦, 蔡德华, 李柯桥, 牛立娟
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.040
摘要:由于密闭空间的特殊性,密闭空间大气中有害物质容易产生和富集。密闭空间中有害气体种类众多,其中二氧化碳对人体的健康影响最大。本文提出一种新的二氧化碳清除方法,通过降低被处理空气的温度使其中的二氧化碳冻结,从而与空气分离。通过与传统的二氧化碳清除方法对比,从理论上分析了冻结法清除有害气体的可行性与优势。为了进一步实验论证,本文还设计了一个利用液氮作为冷源的空气处理装置。实验表明,低温冻结法能快速地将空气中的二氧化碳冻结清除,当来流空气的二氧化碳体积浓度为1%,体积流量为100 L/min时,只需要18 min便能将出口处的二氧化碳浓度降低至0.1%以下。实验还表明,冻结法清除二氧化碳能达到并维持很低的二氧化碳体浓度,现阶段常用的乙醇胺吸附法仅能将二氧化碳浓度维持在0.5%,而实验过程中能将出口处二氧化碳的体积浓度降低至0.03%。
关键词:空气净化;二氧化碳清除;冻结分离;密闭空间
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2230
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发布时间:2024-07-18
R404A在小管径管内流动沸腾换热特性研究
王学东, 柳建华, 韩赛赛
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.048
摘要:R404A在小管径管内的流动沸腾换热过程是一个极其复杂的物理现象。目前对R404A换热特性的研究大多集中在大管径上,对小管径换热特性的研究较少,且对不同实验现象的机理分析也不尽相同。因此R404A在小管径管内换热特性的理论研究仍需要大量具体的实验数据来支撑。本文通过搭建小管径内螺纹铜管蒸发实验台,研究R404A在小管径管内流动沸腾换热过程中不同热流密度、不同蒸发干度、不同质流密度、不同饱和温度对换热系数的影响,研究表明:热流密度、干度、质流密度、饱和温度均对R404A在小管径管内换热特性的影响较大,干涸现象发生前后这些因素产生的影响也不同。此外,这些因素对管内干涸现象发生的起始干度、沸腾主要换热形式以及干涸现象是否发生具有直接的影响。
关键词:小管径;沸腾换热特性;干涸;R404A
2178
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2323
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发布时间:2024-07-18
谐振子耦合型热声驱动脉管制冷机研究
胡江风, 胡剑英, 徐静远, 王玮, 罗二仓
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.056
摘要:热声驱动脉管制冷机通常采用直接或者长管耦合的方式,但是因为耦合后的发动机和制冷机难以达到最佳的工作状态,耦合长管的损失也比较大,因此整体效率较低。本文提出一种热声驱动脉管制冷机结构,利用谐振子耦合热声发动机和脉管制冷机,能够显著减小声功传递损失,提升整机?效率。全文针对在900 K加热温度、80 K空气液化温区下的热声驱动脉管制冷机展开理论研究,首先分析了谐振子耦合机理,并对谐振子参数进行了优化设计;然后,研究了加热温度、制冷温度和机械阻尼对系统性能影响;最后,将谐振子耦合型与长管耦合型两种方式的热声驱动制冷机进行了对比分析。研究结果表明:在平均压力为3 MPa,加热温度为900 K,制冷温度为80 K时,谐振子耦合的热声驱动制冷机可获得整机22.5 %的?效率,而长管耦合的热声驱动脉管制冷机获得11.6%的?效率
关键词:热声;脉管制冷机;谐振子
2012
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2811
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发布时间:2024-07-18
火积分析在空调系统运行优化中的可行性研究
黄婷婷, 梁彩华, 张小松
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.064
摘要:为优化空调系统运行,基于火积理论,提出空调系统火积增加极值原理,构建空调系统各部件火积损失率计算模型,并得到空调系统整体火积增加率计算模型。通过实验分别研究了在给定系统制冷量和给定系统输入功率条件下,空调系统在不同运行工况下的火积增加率,较好地验证了空调火积增加极值原理,并得到了空调系统最佳运行工况。结果表明:当系统制冷量为5 kW时,最佳运行工况为压缩机频率70 Hz,冷冻水流量0.6 kg/s,冷却水流量0.9 kg/s;当系统输入功率为2.8 kW时,最佳运行工况为压缩机频率97.9 Hz,冷冻水流量0.41 kg/s,冷却水流量1.00 kg/s。
关键词:空调系统;运行优化;火积;功
2075
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2019
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发布时间:2024-07-18
温室气体全球变暖潜值的实验法评测
秦胜, 刘冬鹏, 李伟, 张琦炎, 郭智恺
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.071
摘要:本文通过搭建了一套模拟温室气体与大气中OH自由基等活性物种反应的实验装置,用以研究其大气化学特性,进而对全球变暖潜值(GWP)等环境影响指标进行评测。采用此套装置,通过相对速率法测定了常见制冷剂R152a与OH自由基在298 K的反应速率常数为3.3×10–14 cm3/(molecule?s),同时得到其红外吸收光谱。根据测试结果并利用现有计算模型得到大气寿命为1.4年,辐射效率(RE)为0.099 W/(m2?ppb),20年、100年和500年GWP分别为:474,129和37,与IPCC-AR5报告中的数据测试在误差范围内,差异小于7%。
关键词:大气化学;全球变暖潜值;制冷剂;R152a
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2097
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发布时间:2024-07-18
利用冷凝热再生低浓度除湿溶液的实验研究
曾台烨, 张小松, 陈瑶
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.076
摘要:为了获得系统重要运行参数对利用冷凝热实现低浓度除湿溶液再生性能的影响,本文在热泵驱动溶液除湿空调系统实验平台上,以低浓度的LiCl水溶液作为再生盐溶液,再生量和冷凝热利用率作为再生性能的评价指标,对利用冷凝热实现溶液再生过程进行了实验研究。研究结果显示:空气流量、温度和溶液流量、温度的增加都有利于提高再生量。在夏季典型工况下,当溶液浓度为21.20%~24.91%时,冷凝热利用率在0.416~0.507之间波动,而降低溶液浓度有利于提高冷凝热利用率。最后根据实验数据拟合出了利用冷凝热再生除湿溶液过程中的耦合传热传质系数关联式。为后续如何在溶液再生过程中充分利用冷凝热提供了实验依据。
关键词:传热传质;冷凝热;低浓度除湿溶液;再生实验研究
2046
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发布时间:2024-07-18
表面改性对含油纳米制冷剂中颗粒油相迁移特性的影响
常铮, 林灵楠, 丁国良, 彭浩
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.083
摘要:普通含油纳米制冷剂在沸腾时颗粒容易在富油层中团聚,导致油相迁移率极低,无法保证纳米颗粒随制冷剂-油在制冷系统中稳定循环。表面改性可抑制颗粒团聚,故有望提高油相迁移率。本文采用吸光度法测量了不同改性纳米颗粒在含油制冷剂沸腾时的油相迁移率,并研究改性剂碳链长度、纳米颗粒与改性剂之间的嫁接方式对油相迁移特性的影响。实验所用含油纳米制冷剂为TiO2/R141b/NM56,表面改性剂种类包括C1TMS、C3TMS、C8TMS、C16TMS和CTAB。结果表明:5种改性剂均可提高油相迁移率,C16TMS改性效果最好,其油相迁移率最高增加了131.2%;随着改性剂碳链长度从1增加到16,改性效果增加了5.48%~20.11%;共价键嫁接的方式比通过静电吸引的方式改性效果更好。
关键词:制冷剂;纳米颗粒;表面改性;沸腾;迁移;润滑油
2095
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发布时间:2024-07-18
水基纳米TiO2复合相变材料的制备及性能
纪珺, 曾涛, 章学来, 任迎蕾, 陈裕丰, 高雅汉
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.090
摘要:针对水作为冷藏保鲜领域常见的蓄冷剂存在相变时过冷度大、导热系数小的现象,研制了一种以水作为基液,添加纳米粒子及分散剂的复合相变材料,该材料配方质量比为水+0.7%纳米二氧化钛(TiO2)+1.0%十二烷基苯磺酸钠(SDBS),相变温度为0.216 ℃,相变潜热为353.1 kJ/kg。在水中加入纳米TiO2使水在相变过程的过冷度降低了5~6 ℃,且导热系数较基液提高了62.7%,从0.598 8 W/(m?K)升至0.974 5 W/(m?K);同时添加分散剂SDBS,改善了水基纳米TiO2的沉降问题,提高了材料的稳定性,防止相分离。结合理论与实验,总结分析了纳米TiO2与分散剂SDBS不同质量比的水基纳米复合相变材料的热性能,确定纳米TiO2与分散剂SDBS在水中的最佳质量添加比为7∶10。通过最优例材料静置后的颜色观察和导热系数测试,表明纳米TiO2在水中具有良好的分散稳定性。
关键词:复合相变材料;过冷度;导热系数;纳米材料;热性能
1956
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发布时间:2024-07-18
环形相变单元的蓄热装置设计及运行特性
侯普民, 茅靳丰, 刘蓉蓉, 陈飞
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.098
摘要:通过对圆柱和圆环相变单元蓄放热性能实验,发现环形结构可有效降低蓄放热时间,提高相变材料蓄放热速率。采用环形相变蓄热单元,设计了一种新型相变蓄热装置,搭建了相变蓄热实验系统,对蓄热装置运行特性进行了分析。结果表明:蓄热工况下,增加换热流体流量,提高换热流体温度,可明显提高蓄热速率;放热工况下,增加换热流体流量可快蓄热装置的热释放速率,但流量过大相变潜热无法及时释放,在冷水补水流量为4 L/min时,可多提供约44 L温度高于40 ℃的热水。根据实际生活用水,对间隔用水分别为5 min和10 min两种工况进行了放热实验,同样可以满足用水需求。
关键词:蓄放热特性;蓄热装置;环形相变单元
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发布时间:2024-07-18
高频与感应式电子除垢仪除垢特性对比
章立新, 李鑫, 高明, 马麟, 赵圣仙
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.108
摘要:通过搭建电子除垢仪除垢特性对比实验台,模拟蒸发冷设备实际运行工况,对高频与感应式电子除垢仪对蒸发冷设备喷淋系统电子除垢特性进行对比实验研究。结果表明:两种除垢仪均能增加水的活性,加速污垢的溶解、脱落,减少换热管外污垢热阻,但作用效果有差异。经过约150 h的实验,在高频电子除垢仪与感应式电子除垢仪作用下,污垢热阻最高降幅分别为17.81%、20.35%,但在感应式电子除垢仪作用下,污垢热阻减小阶段多次出现。扫描电镜分析发现,在高频电子除垢仪作用下,污垢晶体主要为针棒状结构;而在感应式电子除垢仪作用下,污垢晶体主要为大块散乱状结构。由独立实验可知,高频电子除垢仪与感应式电子除垢仪均能有效降低循环水的硬度,经过12 h的实验,循环水硬度降幅分别为40.35%和37.04%。
关键词:电子除垢;蒸发冷设备;喷淋水系统;污垢热阻
2030
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发布时间:2024-07-18
多变环境条件下家用空调器性能的实验研究
金听祥, 时子超
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.115
摘要:通过改变室外干球温度和相对湿度,分别对家用空调器进行制冷和制热性能实验。同时引入相对制冷量比率(RRCP)、相对制热量比率(RHCP)、相对功率比率(RPP)和相对能源消耗比率(RECP)性能指标,分析实测性能与铭牌参数之间的关系。结果表明:室外侧相对湿度的变化对家用空调器性能影响较小。在制冷工况下,室外干球温度由24 ℃升高到43 ℃,RRCP由16.5%减小到﹣13.2%,RPP由﹣4.8%增大到24%,RECP由22.2%减小到﹣30%,因此当室外干球温度低于铭牌参数对应的设计温度时,RECP为正偏差,空调器性能优良;当室外干球温度高于铭牌参数对应的设计温度时,RECP为负偏差,空调器性能低劣,不利于空调器节能。在制热工况下,室外干球温度由﹣6 ℃升高到16 ℃,RHCP由﹣34%增大到14%,RRP由﹣24%增大到﹣2%,RECP由﹣13%增大到16.9%,因此当室外干球温度低于铭牌参数对应的设计温度时,RECP为负偏差,空调器性能低劣;当室外干球温度高于铭牌参数对应的设计温度时,RECP为正偏差,空调器性能优良,有利于空调器节能。
关键词:空调器;实验工况;铭牌参数;能效比;性能系数
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发布时间:2024-07-18
小型果蔬装配式冷库工作时间系数与能效评价分析
张秋玉, 臧润清
2018, 39(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2018.01.121
摘要:本文对果蔬装配式冷库稳定运行阶段进行实验研究,测试冷库在不同环境温度下的开、停机时间,建立冷库稳定运行阶段开、停机时间和工作时间系数数学模型,运用MATLAB编程计算装配式冷库在不同夹心板厚度和不同制冷系统配置下的工作时间系数。结果表明:开、停机时间数学模型经修正后,开机时间最大误差由11.6%减小到2.78%,停机时间的计算值最大误差由7.91%减小到1.46%,大大提高了开、停机时间计算精度。工作时间系数模型计算值与实验值最大误差在3.47%以内,果蔬装配式冷库稳定运行阶段工作时间系数数学模型具备工程应用精度。相同环境温度下,随制冷系统制冷量的增加,工作时间系数减小幅度越来越小,制冷剂流量界限选择0.012 kg/s较为合适。随库板厚度的增加,工作时间系数减小幅度越来越小,根据冷库使用时间长短,保温层厚度可以在100 mm基础上适当增加。
关键词:装配式冷库;工作时间系数;能效;开机时间;停机时间
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发布时间:2024-07-18
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