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2023年第44卷第6期
- 摘要：当前中国能源结构仍以煤炭为主，替代难度大，非化石能源发展面临多重制约，产业的高耗能、高排放、低能效问题并存，绿色低碳技术亟需加强。工业过程供热占据能源消耗的一半，因此实现工业过程供热的低碳化是实现碳中和的重要部分。为达到工业过程供热所需的体量和温度，高温/蒸汽热泵需要深入研究和广泛推广。本文从国内外工业热泵技术现状，分析目前工业热泵通常采用的系统循环型式、制冷剂压缩技术、水蒸气压缩技术；结合第四代低全球变暖潜值制冷剂发展现状，给出环保工业热泵的适用制冷剂；提出工业热泵技术发展展望，最后结合双碳目标的实现和工业锅炉替代市场分析，展开了工业热泵应用场景的拓展分析。关键词：工业热泵;高温热泵;蒸汽热泵;低GWP制冷剂901|2027|1发布时间：2024-07-18
- 摘要：建筑的节能和可再生能源利用是实现碳达峰、碳中和目标的关键一步。天空辐射制冷作为无需额外能耗、无需制冷剂的制冷技术，对于实现建筑节能、降低碳排放具有重要意义。为此，本文研究了天空辐射制冷技术应用于我国既有建筑后的减碳作用预期，即降低建筑运行阶段碳排放的潜力。以统计年鉴为依据，获得目前我国建筑总存量面积及各省不同建筑类型存量面积。对9种典型建筑类型分别按节能标准建模，并在我国各省分别选取气象站的典型气象年数据，利用建筑能耗模拟工具EnergyPlus计算获得各省不同建筑类型在建筑运行阶段的碳排放基准值及应用天空辐射制冷技术后的减碳量、减碳率，其中居住建筑和工业建筑具有较高的平均减碳率。分析了应用后减碳率的空间分布，结果表明按气候区划分的平均减碳率为严寒地区4.92%，寒冷地区8.11%，夏热冬冷地区10.71%，夏热冬暖地区10.92%，温和地区16.77%。综合全国年总减碳量可达2.30亿 t CO2，占建筑运行碳排放的10.90%，占能源总碳排放的2.39%，对于我国实现双碳战略目标的预期贡献巨大。关键词：减碳作用预期;天空辐射制冷;建筑节能;建筑碳中和724|692|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：CO2作为一种安全、高效且环境友好的自然工质，是未来汽车空调制冷剂替代方案的重要选择。考虑到CO2系统制冷剂泄漏导致乘员舱气体体积分数超标的舒适及安全问题，本文使用三维仿真软件STAR-CCM+搭建乘员舱CO2制冷剂泄漏仿真模型，仿真分析两种不同泄漏速率和泄漏圆孔孔径下乘员舱乘客面部测点CO2体积分数的动态变化情况。在50 g/s的高CO2泄漏速率下，面部CO2体积分数在泄漏完成时能够达到9%以上，需要切换送风模式提供新风来降低乘员舱内CO2体积分数；在0.1 g/s的低CO2泄漏速率下，泄漏完成时面部CO2体积分数不超过3%，处于呼吸安全区范围。关键词：CO2;热泵空调;泄漏特性;制冷剂484|682|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：针对已提出的电动汽车引射热泵空调（EHPAC）系统进行改进，将车内、外侧换热器设计成前后排分离的形式，并加设引射器，形成梯级蒸发并回收膨胀功，从而提高系统的性能。实验研究了夏季及冬季工况下车内、外温度对EHPAC系统制冷及制热性能的影响，验证了引射器的使用可大幅提高汽车热泵系统的制热性能。将EHPAC系统与传统热泵系统（THPAC）进行对比，结果表明：对不同的车内、外温度工况，EHPAC系统的制冷及制热性能均优于THPAC系统，制冷量提高约21.5%~35.7%、制冷COP提高约13.1%~21.7%、制热量提高约4.4%~14.5%、制热COP提高约11.3%~18.3%。同时表明车内温度的改变对EHPAC系统性能的影响比车外温度的影响更大。关键词：电动汽车;热泵空调系统;引射器;变工况性能446|621|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：对热泵系统运行策略的合理优化是实现系统长效运行节能的关键，但策略优化过程易受负荷不确定性的影响，从而导致优化的运行策略节能性不如预期。对此，提出一种基于随机负荷预测的运行策略优化方法，采用多重随机过程采样来模拟负荷预测的不确定性，从而提升优化后策略应用时的稳定性和节能性。以某空气源热泵热水系统为对象，对该优化方法的节能性进行了验证和分析。结果显示，随机负荷下的优化策略能减少峰电的意外使用几率，并增加谷电的利用率。在长期运行模拟中，随机负荷下的优化策略与传统的策略优化方法相比，可额外节省约6.4%的运行电费。关键词：空气源热泵;运行策略;随机过程;优化346|668|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：为兼顾热泵供暖的舒适性与节能性，本文提出一种新型自循环散热器作为空气源热泵的室内末端。通过分析关键部件的运行特性，建立系统热力学灰箱模型，并对其可靠性进行验证。在此基础上，研究自循环散热器与空气源热泵的耦合特性，并利用EES与TRNSYS联合仿真的方法，分析该系统在典型建筑中应用的逐时运行规律和全年运行性能。结果表明：系统性能受多个因素的共同影响，且对压缩机运行频率的改变较为敏感；系统具有较快的热响应速度，能够营造稳定的室内温度环境；在太原市气象条件下，系统全年平均性能系数为2.67，典型工况的性能系数高于常规散热器系统50.28％，具有显著的节能效益。关键词：空气源热泵;散热器;灰箱;仿真;能效406|584|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：毛细管是一种重要的节流元件，广泛应用于各种小型制冷制热装置中，R32作为环境友好型制冷剂，在家用空调上应用也愈发广泛。本文首先基于均相流及能量守恒、动量守恒和质量守恒方程，建立绝热毛细管的数学模型，并经过适量简化，分别从过冷区和两相区对毛细管模型进行了分析求解，得到毛细管长度的计算公式。同时，在该模型中引入了壅塞流的概念，采用临界流量作为壅塞流是否出现的判断依据，有效提高了算法精度和稳定性。其次，搭建了针对R32的毛细管测试平台，通过实验获得了内径为1 mm，长度为0.5 m和1 m的两根毛细管在冷凝压力为2.4~3.2 MPa、过冷度为5~20 ℃下的质量流量数据，验证了该仿真模型的精度。最后，基于仿真模型得到的大量数据点，绘制了R32毛细管的诺模图。关键词：R32;毛细管;流量特性;诺模图422|763|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：大型制冷系统中的换热管通常采用管内、管外表面双侧强化结构，因不便于在壁面布置温度传感元件，双侧强化管需要特别的实验方法来测定其性能，包括Wilson图解法(WPM)、修正Gnielinski公式法(MGF)、Wilson-Gnielinski公式法(W-GF)。不同的方法有各自的应用场合和使用局限性。本文针对双侧强化管提出一种便于应用的新方法，称为待定指数法(UEM)，通过线性拟合和优化得到关联式中的待定参数，可有效分离管内、管外对流换热表面传热系数。在双侧强化管上进行了R134a管外蒸发、水管内流动的两组实验，以此对包含新方法的4种实验方法进行应用对比。结果表明，4种实验方法得到的强化管管内对流换热表面传热系数的强化倍率在2.88~3.23之间，管外对流换热表面传热系数的强化倍率在3.15~3.54之间，不同方法得到的管内对流换热表面传热系数数差异在15%以内，管外对流换热表面传热系数差异在11%以内。4种实验方法可根据不同的应用条件选择使用，UEM限制条件少、应用方便，是一种更加高效、准确的实验方法。关键词：传热系数;实验方法;制冷换热器;双侧强化管379|631|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：为提高CO2系统用于建筑全年空间供热供冷的性能，本文提出集成引射器与机械过冷的跨临界CO2冷热联供系统（EJ-DMS）。通过构建系统的热力学模型，以性能系数（COP）为目标函数，采用遗传算法对排气压力和过冷度进行优化，并对系统应用于5个典型城市的能耗、全年性能系数（COPann）进行场景分析。结果表明：EJ-DMS相比常规机械过冷系统、常规引射系统，COP在制热和制冷模式下分别提高10.90%、5.58%和8.99%、18.12%，COPann分别提高7.95%和5.98%。EJ-DMS相比常规引射系统在制热和制冷模式下排气压力分别降低0.47 MPa和0.77 MPa。此外，EJ-DMS系统在广州和哈尔滨运行时的COPann提升率最大，表明其更适合环境温度较高或较低的地区，如夏热冬暖和严寒地区。本文可为CO2冷热联供系统的构建和优化提供理论参考。关键词：自然工质CO2;冷热联供;引射器;机械过冷;COP392|620|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：非均匀润湿表面对流动沸腾过程中的流动模式和传热机制有重要影响。本文以去离子水为工质，实验研究了矩形微通道内硅表面和润湿异质性表面的过冷流动沸腾换热特性。通道横截面为0.5 mm×5 mm，过冷流动沸腾的质量通量分别为300、400 kg/(m2?s)，热流密度在30~300 kW/m2的范围内。实验在大气压下进行，过冷度为10 K。对比了与流动方向垂直（HC）和平行（HP）的疏水图案，讨论了不同热流密度、质量通量等工况下的硅表面和润湿异质性表面垂直向上流动沸腾，分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均传热系数和两相流流型。结果表明：润湿异质性表面的流动沸腾换热表面传热系数最大提高了39.55%，换热机制主要为核态沸腾。关键词：流动沸腾;微通道;润湿异质性;流型340|516|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：在两相浸没式液冷系统中，冷凝散热与沸腾换热匹配是高效、稳定运行的重要前提。本文通过实验研究了冷凝管类型和冷却水运行参数对系统冷凝散热与沸腾换热匹配的影响。结果表明，当冷凝管散热量不低于氟化液池沸腾传热量时，系统实现热量匹配，且热量恰好匹配时所需冷却水流量最小。相比于光滑管，三维强化管的冷凝传热性能更好，使得在相同水温下恰好达到热量匹配所需的冷却水流量更小。系统在热量恰好匹配时可获得最高的性能系数（COP）。在热负荷为210 kW/m2时，系统采用光滑管、外侧强化管和双侧强化管获得的最高COP分别为4.5、6.9和7.6，但在系统达到热量匹配后，COP随冷却水流量的增加而降低，当冷却水流量增至恰好实现热量匹配流量的1.5、2.7、3.8倍时，COP分别下降39.0 %、60.1 %、69.2 %。关键词：冷凝管类型;冷却水运行参数;热量匹配;能效分析461|563|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：为了在提高锯齿型翅片散热器换热性能的同时尽量控制压降损失的增大，本文采用数值模拟的方法对锯齿型翅片性能进行研究，分析了不同翅片表面、迎风面结构及尺寸参数对传热Nu、流动压降损失Δp以及综合性能η的影响规律。结果表明：无论翅片表面设置何种形状凹槽和凸起对传热的影响差异较小，但圆形凹槽和凸起对压降损失的增加最少，综合性能最优。在翅片表面设置圆形凹槽和凸起的基础上继续将翅片两端迎风面改为圆形，可使传热提高的同时减小压降损失，综合性能最多提高12.2%。圆形凹槽和凸起尺寸R=0.15 mm时，传热和压降损失的平衡达到最佳，与传统锯齿型翅片相比，平均压降损失基本不变，传热和综合性能平均提高均为8.7%。关键词：锯齿型翅片;表面传热系数;强化传热;结构参数338|589|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：相变微胶囊悬浮液（MEPCMS）作为一种新型功能性热流体，在热管理、储能等诸多领域极具发展潜力。本文采用离散相模型（DPM）研究非均匀热流下细小水平矩形通道内MEPCMS的传热特性。结果表明：悬浮液中颗粒相变能够强化传热，在热流密度分布为9-5-5 W/cm2、进口流速为0.40 m/s、质量分数为10%时，悬浮液最高能够使壁面和流体温升分别降低8.79%和15.14%。热泳作用使得颗粒在流动过程中会往低温区域迁移。与均匀热流条件相比，局部热流的分布会影响该区域及后边区域的传热特性。随着进口流速和质量分数提高，流体对壁面的冷却效果得到提高，同时进出口压降也有所增加。关键词：相变微胶囊悬浮液;离散相模型;非均匀热流;强化传热406|525|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：电机冷却是保障气悬浮离心制冷压缩机可靠运行的关键。本文建立了气悬浮离心制冷压缩机的数学模型，分析了不同制冷剂（R134a、R1234yf、R1234ze(E)）对电机的冷却过程和制冷系统性能的影响。研究结果表明：采用R1234ze(E)时电机内部温度最高，电机永磁体最高温度比采用R134a和R1234yf时高60~90 ℃；采用3种制冷剂时电机的绕组平均温度均随冷却入口温度的升高而降低；采用R134a和R1234yf时永磁体最高温度随冷却入口温度的升高而降低，采用R1234ze(E)的永磁体最高温度随冷却入口温度的升高先增后降，在冷却入口温度约为25 ℃时最高。冷却入口温度每上升4.5 ℃，电机冷却回路的出口干度下降约3%~5%。带电机冷却支路的系统与传统系统相比，电机温度可以控制在更安全的运行范围之内，但采用R134a、R1234yf、R1234ze(E)的系统COP分别降低1.23%~1.82%、1.23%~1.65%、1.14%~1.17%。关键词：压缩机;气体轴承;制冷剂;COP462|620|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：为解决高功率裸芯片的散热问题，本文在功率模块腔体上设计了一种自循环一体化微流道散热系统，并对有无微流道、平直流道以及交联流道的散热特性进行对比。研究表明：有微流道的裸芯片散热特性优于无微流道，有交联流道的裸芯片散热特性优于具有平直流道；将裸芯片共晶焊接到金刚石热沉，再将热沉共晶焊接到功率模块腔体，裸芯片到功率模块腔体之间的传导热阻降低到传统工艺热阻的1/360~1/280；仿真与实验能够相互验证，最大偏差仅为7.16%。该微流道系统具有较强的散热能力，可解决环境温度为70 ℃，热流密度为320 W/cm2时的裸芯片散热问题。关键词：散热;微流道;共晶焊;金刚石453|565|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：为研究人工造雪的雪晶生长规律，利用激光粒度仪测量模拟环境室内人造雪的雪晶粒径，分析了雪晶粒径随落雪高度的变化情况以及气水压力比和环境温度对雪晶生长的影响。实验结果表明：雪晶粒径随落雪高度的增加而增大，且增大趋势逐渐变缓；在落雪高度为80 cm处，晶核生长到成熟雪晶状态，索特尔平均直径为57~73 μm；此高度时雪晶粒径接近正态分布，气水压力比和环境温度对其影响较大：气水压力比为0.5 MPa:0.4 MPa时，成雪效果好，雪晶粒径较大且分布更均匀；低温环境也能加快雪晶生长，随着环境温度的降低，小粒径占比减少，大粒径占比增多。关键词：人工造雪;制冷系统;粒径测量;运行工况374|557|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：双循环耦合冰箱在系统耦合运行时，冷冻循环冷凝压力下降，冷凝器出口制冷剂未完全冷凝，冷藏循环提供的冷量被用来处理未完全冷凝的制冷剂，系统难以发挥设计的节能能力。为解决该问题，本文提出一种两级节流双循环耦合系统，在冷冻冷凝器和耦合过冷器之间添加节流装置，使系统能够发挥相应的节能作用。本文制冷剂选取R600a，在环境温度为25 ℃，冷冻室温度为-18 ℃的条件下，通过Matlab模拟系统实际运行状态并搭建实验装置进行验证。研究结果表明：在设计工况下，系统单独运行和耦合运行均能够保证冰箱稳定运行，同时耦合运行状态的COP比独立运行状态提升约9%。关键词：压缩式制冷循环;双循环耦合;两级节流;冰箱374|551|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：工业建筑内存在多个高温热源，所形成的热羽流对建筑气流组织的影响极大。本文以一座新能源电池材料生产车间为例，通过6种不同的送风速度和6种不同的送风口高度来研究多热源热羽流与送风射流的相互作用规律，及其相互作用对工业建筑热环境的影响。结果表明：多热源耦合热羽流以高温热源为主导，羽流相互靠拢形成集中的卷吸区域，最大轴心速度约为0.64 m/s。利用热羽流引导气流组织向上运动，可使高温空气快速排出，从而有效改善建筑工作区热环境。降低送风速度能够减少对热羽流上流的抑制作用，当送风速度由14.80 m/s降至2.96 m/s，车间工作区温度由39.2 ℃降至31.6 ℃。降低送风口高度能够增加对热羽流上流的促进作用，当送风口高度由5.0 m降至1.7 m，车间工作区温度由34.9 ℃降至30.3 ℃。研究结果可为工业建筑的通风设计提供参考。关键词：工业建筑;热羽流;送风射流;相互作用;热环境370|660|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：本文采用压缩式制冷循环，研究了不同质量浓度（0.4、0.5、0.6 g/L）的表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）溶液、不同质量浓度（0.2、0.3、0.4 g/L）的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶液及复配表面活性剂溶液（SDS+SDBS）中，CO2水合物的蓄冷特性。结果表明：与纯水体系相比，SDS、SDBS及SDS+SDBS对CO2水合物蓄冷性能均有强化作用，且3种表面活性剂的最佳质量浓度分别为0.5 g/L、0.3 g/L、0.5 g/L（SDS）+0.3 g/L（SDBS）。对比3种最佳质量浓度的表面活性剂发现，采用0.5 g/L（SDS）+0.3 g/L（SDBS））时蓄冷性能最优：预冷时间（21.51 min）和蓄冷时间（27.56 min）最短；潜热蓄冷量（1 308.27 kJ）、总蓄冷量（2 967.35 kJ）、平均蓄冷速率（1.79 kW）和水合物生成质量（2.55 kg）均最大，说明复配表面活性剂对于CO2水合物蓄冷性能具有最显著的强化效果。关键词：压缩式制冷循环;蓄冷;CO2水合物;表面活性剂414|535|0发布时间：2024-07-18
- 摘要：本文提出了一种微液滴自然蒸发加载低温保护剂的方法，借助图像处理技术，结合细胞渗透模型与损伤模型理论分析，系统研究了初始体积和初始浓度对微液滴自然蒸发加载低温保护剂过程的细胞渗透特性与损伤的影响，并与传统低温保护剂加载方法（一步加载、两步加载）进行对比。研究结果表明：微液滴的初始体积越小，蒸发速率越快，低温保护剂更易达到目标浓度，能够有效缩短加载时间（1 μL相比5 μL缩短4 907 s）；随着低温保护剂初始浓度的降低，加载时间会逐渐增长（0.5 M和2.5 M分别为2 460、1 346 s），但造成的细胞体积变化极值显著减小（0.5 M和2.5 M分别为初始体积的14%和43%），累积毒性损伤也会显著降低（0.5 M和2.5 M分别为23.05和47.53）；微液滴自然蒸发加载较传统加载方法可显著提高细胞存活率与细胞增殖能力（P<0.05），其细胞存活率为96.73%±0.54%，比一步加载提升16%，且培养48 h的细胞贴壁情况显著优于两步加载。表明该新方法能够简化低温保护剂加载流程，并能有效降低细胞损伤。关键词：低温保存;低温保护剂;液滴蒸发;渗透损伤;毒性损伤370|565|0发布时间：2024-07-18
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