最新刊期
      2022年第43卷第4期
      • 王玉梅, 杨萌, 刘斌
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.001
        摘要：弹热制冷因具有较高的制冷效率和比制冷功率等特点，被认为是最有希望替代传统蒸气压缩技术的新型高效制冷技术之一。本文从橡胶弹热效应的热力学基础、动力学理论、橡胶工质及以橡胶为制冷工质的制冷循环进行分析与讨论，为国内外开展橡胶弹热效应的研究提供参考。根据文献资料可知，天然橡胶的弹热性能最好，在 0 ℃的环境温度下应变为6，可实现的最大温变为12 K。对天然橡胶加捻-解捻过程可以实现更高的温度变化，缩小制冷系统的体积，当应变为3时，实现的最大温变为12.9 K，是未加捻橡胶的5.4倍。目前，对橡胶弹热效应的理论研究已经相对成熟，但原型机的开发有限，需进一步开发推进以天然橡胶为工质的弹热制冷技术的实际应用。因此，本文谨慎的认为天然橡胶在弹热制冷技术应用中存在很大潜能。  
        关键词：固态制冷;弹热效应;制冷循环;橡胶   
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        发布时间：2024-07-18
      • 徐静远, 罗二仓
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.012
        摘要：热驱动热声制冷技术利用热声发动机输出的高强度声波驱动热声制冷机实现制冷，即实现热—声—冷能源转换，是一种环境友好、近零电耗且热源适应性好的新型绿色制冷技术。热驱动热声制冷系统工作温跨大，可实现室温至液氦温区不同制冷需求，在多个领域具有广阔的应用前景。本文以热驱动热声制冷技术近三十年来的发展为基础，介绍了热驱动热声制冷原理和分类，从热驱动室温热声制冷机和热驱动低温热声制冷机两个方面综述了研究现状和发展方向，对该技术在室温制冷、余热/冷回收、天然气液化和低温制冷等方面的应用及相关研究进行了归纳分析，并指出未来的研究需要在热声新流程、谐振机构、高效热声转换、低品位能源利用、工程样机实用化等方面实现协同突破，形成效率高、功率大、起振温度低、可实现极低温、稳定可靠的热驱动热声制冷技术，从而推动新型绿色制冷技术的科学发展与应用。  
        关键词：热声制冷;热声发动机;热声;制冷技术   
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      • 曹海山
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.026
        摘要：热电制冷技术是一种通过珀耳贴效应直接利用电能实现制冷的固态制冷技术。与蒸气压缩式制冷相比，热电制冷具有尺寸任意缩放、无振动、可靠性高和控温精度高等优点。本文从热电制冷的发展简史和基本原理出发，重点介绍了热电材料、制冷机结构、功能层界面以及热端散热器等影响热电制冷机性能因素的研究进展，并根据热电制冷的优势特性介绍了热电制冷的应用，最后对热电制冷技术的研究进行了总结和展望。  
        关键词：热电制冷;珀耳贴效应;热电材料   
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      • 宋睿琪, 张志东, 李昺
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.035
        摘要：压卡制冷材料是一类由压力驱动材料发生固态相变而释放/吸收相变潜热的固体材料。压卡制冷技术是以压卡材料为工质、以压力作为驱动力构建的新兴固态制冷技术。本文从压卡效应基本热力学、压卡材料体系和压卡制冷样机三个方面简要论述该领域的发展现状。近年来压卡材料体系蓬勃发展，涉及金属、无机非金属、有机物、有机-无机杂化材料等。庞压卡效应的发现使有机塑晶材料备受关注，因其大熵变、低驱动压力、成本低廉等优点成为最有希望获得应用的一类材料。相比于此，制冷样机的研制则略显滞后。样机设计中需要解决的核心问题是力-热的有效耦合，选择高导热系数流体作为传热及传压介质，通过调整流体的压力和流速，同时优化压卡制冷工质的几何构型有望获得最佳力-热有效耦合条件。在单级制冷的基础上，采用主动回热式压卡制冷方式可实现连续制冷。  
        关键词：固态相变;压卡制冷技术;塑晶材料   
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      • 郭宪民, 徐泽鹏, 赵硕, 徐瀚洲
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.044
        摘要：空气是对环境最友好的制冷剂，空气制冷系统可以自由地从环境中获取或从系统向环境排放制冷剂；同时，空气制冷机组对系统密封性要求较低，因此其可靠性高，维护性好，在飞机环境控制系统中得到了广泛应用。本文介绍了空气制冷系统的循环方式和基本特性，总结了系统的性能分析、实验研究及系统关键部件的研究现状，对空气循环制冷系统在空调、热泵、冷冻冷藏、飞机环境控制系统及储能领域的应用进行了综述，并对关键技术的发展应用进行了分析。总体而言，近几十年来，随着涡轮机械设计制造技术、高效换热技术、高速电机技术的进步，空气制冷技术得到快速发展，系统结构更加紧凑，在列车空调、冷冻/冷藏运输领域得到了越来越广泛的应用。在制冷温度为-100~-50 ℃范围内空气制冷系统的COP高于传统复叠式制冷系统，因此，空气制冷系统在食品速冻领域具有显著优势，同时，在储能、热泵等领域具有较大的应用潜力。  
        关键词：空气制冷;涡轮冷却器;板式换热器;关键技术   
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      • 陈炎亮, 王尧, 孙文, 刘剑, 钱苏昕
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.059
        摘要：弹热制冷通过单轴应力驱动弹热工质发生相变而产生制冷作用，由于其具有较高的理论制冷效率且温室效应为零，因此被认为是一种替代传统蒸气压缩式制冷的新型固态相变制冷技术。本研究团队从提升弹热原型机紧凑型角度出发，已研发了两代基于拉伸镍钛丝的弹热冰箱。为进一步提升弹热冰箱的制冷性能，本文使用镍钛片替换镍钛丝作为弹热工质，设计了第三代弹热冰箱，并构建系统仿真模型。通过仿真预测了第三代弹热冰箱的性能，结果表明：相较于前两代弹热冰箱，性能均有提升。在绝热工况下，第三代弹热冰箱将能够实现12 ℃的制冷温差，在热端散热工况下，弹热冰箱能实现11.4 ℃的冷端温降以及零温差下0.59 W/g的制冷功率。通过增加拉伸应变、更换潜热更大厚度更薄的弹热工质以及增大电机转速，弹热冰箱在32 ℃环温条件下能够维持10.7 ℃的冷藏温度。  
        关键词：固态相变制冷;弹热制冷;形状记忆合金;镍钛合金;冰箱   
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      • 刘永利, 邵双全
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.069
        摘要：独立式热泵干衣机目前主流制冷剂以HFCs类R134a为主，其全球变暖潜值(GWP)高达1 430。天然制冷剂R290属于HCs类制冷剂，GWP小于20。本文基于天然制冷剂R290与R134a的物理和热力学性质对比分析，对独立式热泵干衣机热泵循环系统进行了优化设计和实验研究，最终确定蒸发器采用φ7 mm管径铜管和2.2 mm片距的亲水平片，冷凝器采用φ5 mm管径铜管和1.5 mm片距的非亲水平片，压缩机采用排量为8.1 mL的R290制冷剂压缩机，节流装置采用管径φ1.0 mm和长度820 mm的毛细管。测试结果表明：R290用于独立式热泵干衣机热泵循环系统，在满足国际、国家和欧洲标准中关于A3类制冷剂充注量限制的要求下，即对于A3类制冷剂，若其充注量不大于0.15 kg时，则没有房间体积限制。在R290充注量为0.15 kg时，热泵干衣机能效指标为23.0，可达到欧洲现行干衣机能效等级标准最高等级A+++。  
        关键词：热泵干衣机;全球变暖潜值;制冷剂;R290   
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      • 高磊, 黄焦宏, 张英德, 郭亚茹, 王鹏宇, 欧志强
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.077
        摘要：室温磁制冷作为一种高能效、环境友好和运行可靠的制冷技术，具有广阔的应用前景。室温磁制冷技术利用磁工质的磁热效应以及AMR循环实现制冷。在过去数十年的探索中，室温磁制冷的研究主要集中于磁工质的研发和磁制冷机的设计。本文综述了目前已开发的几种典型的室温磁工质以及研制的磁制冷样机。目前研究较丰富的室温磁工质主要包括稀土金属Gd及其合金、NaZn13型La(Fe,Si)13系合金以及Fe2P型MnFePAs系合金，本文对它们的磁热性能进行对比并分析存在的实际应用问题。基于运行方式的不同，目前研制的磁制冷样机主要分为往复式和旋转式，介绍了不同研究机构研发的磁制冷样机的实验参数与制冷性能。回顾了室温磁制冷技术在不同领域已取得的实际应用，并对该技术未来的发展趋势进行展望。  
        关键词：室温磁制冷;磁热效应;磁工质;磁制冷机   
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      • 李坤, 张蕊, 孙建军, 李瑞申, 张军荣, 董浩
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.088
        摘要：氨是环保的自然制冷工质，在工业制冷领域已有一百多年的应用历史。本文从氨制冷系统的节能和安全两个研究方向进行讨论，分析了氨制冷系统节能的主要影响因素，包括冷凝形式、冷热联供、变频技术、自动化智能控制等；分析了氨制冷系统安全的主要影响因素，如低充注量技术、安全及可行性分析、安全仪表系统等。结果表明：科学合理使用以上两个方面的技术可有效提高氨制冷系统安全性和节能性。为推动氨制冷系统科学安全的使用及发展，提出需要加强氨制冷系统运维人员的专业培训教育，这对氨制冷系统安全运行至关重要。  
        关键词：氨;制冷系统;节能;系统安全   
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      • 乔义友, 方健珉, 殷翔, 孙西峰, 曹锋
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.096
        摘要：为研究送风温度对实际车用跨临界CO2制冷系统综合性能的影响，借助GT-Suite仿真软件，建立了单级跨临界CO2制冷系统的仿真模型。基于设计的三种工况，在风量设置上限的情况下对比了不同送风温度下系统的性能，提出了有效COPeff的概念并对此进行研究。结果表明：在其他工况相同的条件下，提高送风温度可以提高系统的COP、有效COPeff以及带风机功耗的有效COPeff,b；在低冷负荷工况下，考虑系统风机功耗后的综合性能COPb存在最优值为3.819，即系统存在对应的最优送风温度，但当负荷增大至一定水平时，最优送风温度不再存在。  
        关键词：跨临界CO2制冷系统;送风温度;COP;系统性能   
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      • 张恒, 高永坤, 孟建军, 董辰
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.103
        摘要：本文采用某28 kW多联机，对APF各工况进行仿真和实验测试，并对包括室内机和室外机风系统、换热器KA值、压缩机效率、制冷剂充注量、系统压力损失和回油系统等影响APF的关键因素进行研究。实验与仿真的APF值分别为4.59和4.61，单一工况的仿真与实验值最大误差为5.1%，各工况误差综合作用后APF误差为0.5%。研究结果表明：对于实验机，改善单一要素对APF提升有限，如压缩机效率提升3%，APF增幅2.8%；回油系统精细化，APF增幅约5%；换热器KA值提升10%，APF增幅在1%以内；所以需要考虑多因素同时改善来提升APF。  
        关键词：多联机;APF;压缩机效率;系统压力损失;系统仿真   
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      • 阿曼古丽, 开恩斯, 成家豪, 曹祥, 张春路, 朱建华
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.113
        摘要：新风除湿系统通过置换室内空气和控制室内湿度营造健康舒适的建筑环境。但家用整体式新风除湿热泵受限于安装空间，存在除湿能效低、能力不足等问题。本文提出一种基于四换热器构型的热泵热回收型新风除湿系统，既能全面回收内外部冷能，提升除湿能力和能效；又能通过空气流路和制冷剂流路的转换产生多种运行模式，满足各种应用场景下的新风除湿需求。系统仿真和样机的实测结果表明，在名义制冷工况下的除湿能效SMER高达3.27 kg/(kW?h)，相比三换热器系统提升35.2%，相比二换热器系统提升59.6%。  
        关键词：通风;除湿;热泵;热回收   
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      • 苏亭宇, 王丽伟, 吴韶飞, 张宸, 刘治鲁
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.120
        摘要：本文采用巨正则蒙特卡洛（grand canonical Monte Carlo，GCMC）方法，基于UFF（universal force field）和TraPPE（transferable potentials for phase equilibria）力场，对ZIF-8(Zn)吸附NH3进行了分子模拟研究，并结合分子模拟结果和吸附式制冷热力学循环模型，研究了ZIF-8(Zn)/NH3工质对的吸附性能和制冷性能。研究表明：在等温条件下，ZIF-8(Zn)对NH3的吸附量随压力的增大而提高，298 K和398 K下饱和吸附量分别达到0.305 g/g和0.231 g/g；同一温度下的总吸附热也随压力的增大而上升，这主要归因于NH3分子间相互作用产生吸附热的增加，而ZIF-8(Zn)与NH3相互作用的吸附热维持在较稳定的状态；NH3在ZIF-8(Zn)中的吸附密度分布结果表明NH3在金属位点处被大量吸附，难以通过ZIF-8(Zn)部分孔径较小的孔道，成功通过孔道的NH3在ZIF-8(Zn)的SOD笼内部聚集；该吸附式制冷工质对制冷性能稳定，对温度有较好的适应性。制冷温度为283 K（通风工况）的制冷系数为0.43，制冷温度为243 K（冷冻工况）的制冷系数仍能达到0.38。  
        关键词：吸附式制冷循环;分子模拟;金属有机骨架;热力学;制冷性能   
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      • 任正雄, 韩华, 崔晓钰, 陆海龙, 张运乾
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.129
        摘要：针对以往制冷系统故障诊断需采用已知运行状态的有标签数据，导致大量无标签数据信息无法利用的问题，本文提出一种基于Tri-Training的制冷系统半监督故障诊断方法，改善制冷系统故障诊断性能。采用一台316 kW离心式冷水机组7类典型故障的实际数据对该诊断方法进行验证，结果表明：该方法具有有效性，挖掘无标签数据信息的Tri-Training半监督故障诊断模型相比支持向量机（SVM）、K近邻（KNN）、随机森林（RF）3种有监督诊断模型，性能显著提高，总体诊断正确率达到99.43％，对系统级故障的诊断正确率提升1.73％~3.90％，虚警率、漏报率、误报率均有不同程度改善。同时，表明该故障诊断模型中3个基分类器的故障诊断性能及其多样性是影响该模型对制冷系统中无标签数据利用的主要因素。  
        关键词：制冷系统;故障诊断;半监督学习;Tri-Training;优化   
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      • 张柯, 马海晶, 孙红磊, 王德昌, 王肖禾, 宋庆路
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.137
        摘要：本文对一种新型吸收发生热交换式（AGX）的变效溴化锂吸收式制冷循环（ARC）进行了热力学分析，该循环在高压发生器温度为93~140 ℃时，性能系数（COP）可达0.75~1.08，较传统的单/双效ARC更具商业价值。但现有对AGX变效循环中运行参数的分析无法确定参数对循环COP影响程度的顺序，不利于系统的设计和运行控制。对此，利用EES软件建立AGX变效ARC的数学模型，分析了热力参数对循环COP的影响，并在统计学基础上使用方差分析法，评估了各参数对系统COP影响的显著性和贡献率，确定了参数对COP影响程度的顺序。结果表明：蒸发温度（TE）增加5 ℃，使COP由1.035增至1.157，增幅11.8%；吸收温度（TLA）降低5 ℃使COP增加9.5%，达到1.133；冷凝温度（TC）降低5 ℃使COP增加6.7%，达到1.104。其中TE对循环COP影响最显著，显著性为45.67%，其次是TLA为29.80%，TC为17.93%，溶液分配比R1的影响最小，显著性为0.02%，因此，在系统设计和运行控制中应优先调整TE和TLA使AGX变效循环COP最大化。  
        关键词：变效;吸收制冷循环;参数评估;方差分析法   
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      • 王雨晨, 方奕栋, 苏林, 杨文量, 张昭
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.145
        摘要：为研究平行通道直冷板的压降特性对换热的影响，本文对不同质量通量（118~1 300 kg/（m2 s））、入口过冷度（2.5~8 K）条件下低压制冷剂R1233zd(E)在平行通道直冷板内的摩擦压降进行了实验研究，分析了单相及两相摩擦压降以及气液相速度的变化规律。结果表明：在制冷剂单相情况下，随热流密度的增加，通道内的摩擦压降先减小后增加。当制冷剂进入两相状态后，摩擦压降随热流密度的增加而快速增长；质量通量的增加会使汽化核心的位置延后，导致摩擦压降变化趋势突变点的出现有所推迟。此外，在高热流密度下，制冷剂液相速度和气液相相对速度均有所增加；相同干度条件下，较高的质量通量使气液相相对速度增加，摩擦压降增速变快。  
        关键词：平行通道;流动沸腾;摩擦压降;R1233zd(E)   
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      • 周庆权, 张坤龙, 潘旭光, 刘婧楠, 高明, 陈永保, 彭昕, 章立新
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.151
        摘要：本文采用控制变量法对混合流状态下的鼓泡式换热板片喷淋水侧的换热性能进行实验研究，分析不同参数对鼓泡板片喷淋水侧热质传递以及阻力性能的影响。结果表明：适当增加喷淋水量可以改善鼓泡板片表面水膜分布的均匀性，提升鼓泡板片的换热效果，建议不低于0.347 kg/(s?m）；板片间距从20 mm增至30 mm时，板间空气的进出口压损下降较为显著，随着间距的进一步增大，空气的流通截面积并不会对板间空气的进出口压损产生很大影响；综合考虑，喷淋侧板间距为25 mm、平均截面风速为6.66 m/s时兼顾了压损影响和换热性能，为最优方案；相较于正位布置，板片错位布置更合理，换热性能更好，换热效果是正位布置的1.1～1.4倍。  
        关键词：蒸发式冷凝器;鼓泡板片;喷淋测流道;热质传递   
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        发布时间：2024-07-18
      • 彭亚君, 林樱, 江龙, 范誉斌, 黄明忠, 张学军
        2022, 43(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2022.04.158
        摘要：为提高空气源热泵系统的低温适应性，将相变蓄热技术与空气源热泵结合，实现白天蓄热、夜晚放热的运行模式。本文通过模拟研究了相变蓄热型空气源热泵系统的蓄放热特性和应用多级相变材料对系统的影响。结果表明：系统蓄热量随时间线性增大，380 min时达到18.94 kW?h，平均COP为2.51；系统放热量先随时间线性增大，随后增大速率有所减缓，180 min时达到13.58 kW?h。放热过程进口水温为35 ℃时，系统经过6次蓄放热循环后达到稳定运行状态，蓄放热效率为99.06%。相比单级PCM，应用三级PCM的系统蓄热时间缩短9.60%，COP提高3.97%，总?效率提高4.84%，其中降低过冷区PCM熔点对提高系统性能起到关键作用。  
        关键词：空气源热泵;相变蓄热;多级相变材料;运行特性   
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