最新刊期
      2024年第45卷第6期
      • 戴巍, 潘腾, 赵鹏, 程维军
        2024, 45(6): 1-13. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.001
        摘要：极低温制冷技术(<1 K)是前沿物理研究和量子技术等领域重要的支撑技术，目前主要包括吸附制冷、稀释制冷和绝热去磁制冷。吸附制冷受限于其蒸发制冷的原理，最低温高于200 mK，而稀释制冷和绝热去磁制冷可以获得10 mK以下的最低温。前者能够在20~100 mK提供较大连续冷量，而后者基于固态制冷，可以在空间微重力下高效运行。本文主要简要介绍了这3种技术的原理、发展历史以及技术展望。  
        关键词：极低温制冷技术;吸附;稀释;绝热去磁   
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        发布时间：2024-12-13
      • 杨世豪, 钱小石
        2024, 45(6): 14-22. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.014
        摘要：电卡制冷技术是一种基于电场调控的固态制冷技术，该技术利用电卡材料在电场作用下产生的温度变化来实现制冷效果。该技术因无直接碳排放、高效率等优点，在全球变暖和碳减排目标的背景下，受到广泛关注。自2006年巨电卡效应发现以来，电卡制冷技术经历了快速发展，尤其是在电卡材料和器件的改进方面取得了显著进展。从电卡制冷器件研究、电卡聚合物纳米复合材料和电卡材料高熵优化方面展开分析与讨论。介绍了电卡效应的基本原理和当前主动回热式电卡制冷器件的研究进展，总结了电卡聚合物纳米复合材料的研究进展以及高熵优化策略和界面极化增强策略，展望了电卡制冷技术在工质和系统领域的未来研究方向。  
        关键词：电卡制冷技术;复合材料;柔性制冷器件;热力学循环;零碳制冷与热泵   
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        发布时间：2024-12-13
      • 周峰, 王芮敏, 马国远, 晏祥慧
        2024, 45(6): 23-32. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.023
        摘要：随着数据中心数量与规模的增加，高热流服务器占比逐渐增大，传统的风冷已不能满足散热及节能要求，具有较大汽化潜热和较高传热系数的相变液冷技术应运而生。针对相变液冷系统的研究主要涉及系统性能提升、系统对比以及系统的热管理，而工质是其中实现热量转移的重要载体，对液冷实施效果至关重要。为此，对相变液冷工质的选择原则进行介绍，并根据直接和间接两种不同的接触方式，对目前6类有关相变工质（自然工质、HFCs、 HFOs、PFCs、 HFEs、混合工质)的研究及应用进展进行了梳理、总结、分析，同时对相变液冷工质的后续研究进行展望。  
        关键词：数据中心;热流密度;液冷;相变工质   
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        发布时间：2024-12-13
      • 游锦方, 高金彤, 闵恒, 刘巍巍, 江龙, 王如竹, 徐震原
        2024, 45(6): 33-40. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.033
        摘要：吸收式储热是一种储能密度高且储热周期长的储热技术，是存储太阳热能并解决太阳热能在不同季节间供需不匹配问题的关键。传统的吸收式系统通过限制溶液的浓度来避免结晶的出现，从而避免对机组的可靠性和安全性构成威胁，但也导致系统储能密度有限。设计并测试了一台闭式三相吸收式储热系统。该系统通过滤筒的过滤和高位进液、加热棒的熔晶以及对溶液循环回路的冲洗等设计，使得溶液出现结晶后机组能够正常运行，增大机组可运行的浓度范围，提升吸收式储热系统的储能密度。样机经过测试，其在供热时的储能密度可达220 kW·h/m3，相对于传统的两相吸收式储热系统其储能密度提升114%，表明利用结晶的三相吸收式储热技术有望实现高密度太阳能跨季节储热。  
        关键词：吸收式储热;储能密度;结晶;样机设计;太阳能   
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        发布时间：2024-12-13
      • 刘佳昕, 陈健勇, 陈颖, 罗向龙, 梁颖宗, 何嘉诚, 杨智
        2024, 45(6): 41-49. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.041
        摘要：利用高温热泵回收工业余热具有巨大的节能潜力。高温热泵要求高临界温度，可选工质以干工质居多，但干工质从饱和气相开始压缩时，压缩过程在两相区，带来液击风险，不利于压缩机和高温热泵运行。提出了2种改进的补气增焓热泵循环（循环A和循环B），以Isohexane、R1336mzz(Z)和R1233zd(E)为工质，分析了压缩机等熵效率、蒸发温度和冷凝温度对最小过热度及热泵性能的影响。结果表明：对于循环B，蒸发温度自50 ℃升至80 ℃，对于R1336mzz(Z)，COP最高可提高2.56%，VHC（单位容积制热量，volumetric heating capacity）最高可提高3.18%；对于R1233zd(E)，COP最高可提高0.44%，VHC最高可以提高0.54%。循环A对等熵效率的适应性较好；对于循环B，当等熵效率超过0.6时，不宜采用Isohexane作为工质，而当等熵效率超过0.95时，R1336mzz(Z)也不宜采用。  
        关键词：高温热泵;干工质;补气增焓;最小过热度   
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        发布时间：2024-12-13
      • 惠贺军, 黄政, 殷旺, 伍文婷, 丁磊, 蒋珍华, 刘少帅, 吴亦农
        2024, 45(6): 50-56. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.050
        摘要：双温区脉管制冷机可以满足2个温区同时取冷的需求，但在实际应用场景中，制冷性能受环境温区影响较大，限制了其在复杂环境中的应用。基于双温区声功回收主动调相的脉管制冷机，研究了环境温度对调相器气体负载、冷指入口声功及双温区制冷量的影响特性。研究表明：相较于传统仅包含膨胀调相腔的活塞型调相器，当环境温度自253 K升至333 K时，声功回收型调相器活塞总气体负载刚度最大变化量仅为2 630 kg/s2，影响程度降低86.1%，表明了声功回收型调相器具有更强的环境温度适应性。实验结果显示：在制冷机环境及散热面温度分别为253 K和333 K时，通过主动调控调相器活塞运动振幅和相位差，可对双温区制冷量进行主动调控。  
        关键词：脉管低温制冷机;声功回收;主动调相;环境温度;低温技术   
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        发布时间：2024-12-13
      • 郭炜辰, 王增, 朱学锦, 朱喆, 叶蔚, 张旭
        2024, 45(6): 57-62. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.057
        摘要：某大科学装置恒温空调冷冻水系统需配备超高精密级（即温度波动≤±0.1 ℃）且抗干扰能力强的冷冻水系统。传统电加热调节无法解决冷冻水温度高频振荡的问题。通过缩尺实验，验证了板式换热器和混水泵两种方案用于提供超高精密级冷冻水的可行性；建立了基于两种方案的Modelica仿真模型并进行实验验证；基于Modelica模型仿真，量化并对比了两种方案下冷冻水温度控制的稳态和动态性能。结果表明：两种方案均可在一定硬件水平下实现±0.1 ℃内温度波动控制，板换方案稳态性能较优，两种方案下全时段内的RMSE（均方根误差）均低于0.1 ℃；板式换热器和混水方案的调节时间分别为5 000 s和600 s，混水泵方案动态性能较优；板式换热器和混水方案均可对冷冻水供水温度高频振荡进行“主动削峰”，削峰系数分别为0.07和0.4。  
        关键词：恒温空调;冷冻水系统;自动控制;系统仿真   
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        发布时间：2024-12-13
      • 周峰, 宋宇, 马国远, 晏祥慧
        2024, 45(6): 63-74. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.063
        摘要：随着数据中心绿色发展及日趋严格的电能使用效率限值，小型液冷装置已逐渐成为小型高密度数据中心散热的新选择，同时为余热利用提供了新的有利条件。在小型数据中心余热负荷范围内，对3种水源热泵系统在余热工况下的能效特性进行对比分析。结果表明：源侧提升、输配侧提升、用户侧提升水源热泵系统能效分别分布于5~7、5~6、4.5~6.5；当用户侧热负荷需求在0~1 750 kW和2 500~3 200 kW时，源侧提升水源热泵系统能效最高，在1 750~2 500 kW时，源侧提升与输配侧提升水源热泵系统能效相近；最后得到用户侧热负荷需求与数据中心余热负荷间的耦合匹配关系QN=kQS，k的取值范围为1.196 2~1.364 2。  
        关键词：数据中心;余热利用;水源热泵;能效;耦合关系   
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        发布时间：2024-12-13
      • 张毅, 崔四齐, 白静, 郑慧凡
        2024, 45(6): 75-82. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.075
        摘要：为解决通信机柜传统空调能耗高、机柜内气流组织紊乱、基带处理单元（BBU）温控效果不佳等问题，研发了通信机柜用空调热管一体化设备，采用热管冷却为主、蒸气压缩式空调为辅的温控系统及下送上回、高风速、内循环的气流形式。机组应用于郑州某通信基站，经实地测试后，结果表明，在过渡季高温工况下，运行模式1调控 BBU平均工作温度为38.2 ℃，最大出风温度为46.5 ℃，在过渡季常规工况下，运行模式2调控BBU平均工作温度为29.5 ℃，最大出风温度为41.3 ℃，均满足相关标准的温控要求，保证BBU安全运行。与通信机柜传统空调相比，空调热管一体化设备在运行模式1和2下，压缩机运行比例分别为24.9%和0，节能率分别为57.3%和71.9%，电能利用率 (PUE)分别为1.43和1.19，过渡季综合节能率为71.3%、PUE为1.20。  
        关键词：通信机柜;热管;空调;节能   
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        发布时间：2024-12-13
      • 李雄亚, 滑雪, 郭晓林
        2024, 45(6): 83-90. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.083
        摘要：R516A是水冷冷水机组领域R134a制冷剂的新型替代品之一，通过单级压缩热力学循环对比分析了R516A与R134a的COP、排气温度等参数，在分别充注R134a和R516A的小型水冷冷水机组上开展了名义工况和变工况下的性能对比实验，研究了水冷冷水机组使用R516A替代R134a的成本变化。结果表明：R516A理论循环的COP比R134a低1.5%，排气温度比R134a低4.9~6.0 ℃；在名义工况下，R516A机组性能较R134a机组有一定的差距，COP相差4.9%~7.2%；在变工况下，R516A机组性能与R134a机组基本相当，COP差距缩小至0.5%~2.3%；因R516A具有弱可燃性，R516A机组成本比R134a机组增加10%~15%。  
        关键词：性能对比;R516A;水冷冷水机组;制冷剂替代   
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        发布时间：2024-12-13
      • 孙艳军, 郑海圻, 王世彪, 王晓坡, 何茂刚
        2024, 45(6): 91-98. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.091
        摘要：主要研究了R1234ze(E)、R1234yf、R1233zd和R1243zf这4种氢氟烯烃类制冷剂与20种阳离子和16种阴离子相互配对成的离子液体组成的吸收式制冷工质对。通过COSMO-RS方法对工质对的亨利常数及溶解度数据进行了模拟计算。从分子表面极化电荷密度的角度研究了不同工质对的亨利常数和溶解度的差异。结果表明：R1234ze(E)制冷剂的极化表面电荷密度曲线在负极区域存在一个峰值，它与正极区域出现极化表面电荷密度峰值的阴离子兼容性好，与负极区域出现极化表面电荷密度峰值的阳离子兼容性差。筛选出了与HFO类制冷剂配对时具有低的亨利常数以及高溶解度的离子液体。  
        关键词：COSMO-RS;离子液体;HFO制冷剂;吸收式制冷   
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        发布时间：2024-12-13
      • 韩丹丹, 王强, 王达, 黄杰轩, 张振兴
        2024, 45(6): 99-105. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.099
        摘要：车载蓄冷板是充冷式冷藏车的重要组成部分，缩短蓄冷板充冷时间对提高冷链物流的效率具有重要作用。提出了一种热管换热蓄冷板，模拟研究了蓄冷板充冷冻结过程，并通过实验验证了理论模型的可靠性。利用正交试验方法研究了热管管径、管间距、通道内载冷剂流速、雷诺数对蓄冷板充冷性能的影响。研究表明：常规单层厚度约为50 mm蓄冷板状态下，管径为7 mm、管间距为39 mm、通道内载冷剂流速为1.2 m/s、雷诺数为3.89时（最优参数），平均冻结时间和完全冻结时间分别为45 min和78 min；与现有文献报道的结果相对比，最优参数下热管换热蓄冷板的充冷时间大幅缩短。  
        关键词：热管换热;蓄冷板;充冷性能;正交试验   
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        发布时间：2024-12-13
      • 赵萧涵, 刘圣春, 李雪强, 张钟垚, 李海龙
        2024, 45(6): 106-113. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.106
        摘要：重力热管因具有高效的导热性能受到广泛关注。通过将饱和温度和工质物性变化引入VOF模型，研究了U型重力热管的启动过程，并对启动过程中的压力和温度进行分析。结果表明：使用改进后的模型可与实验数据更好地吻合，模拟与实验值平均误差仅为5 K，具有较高的模拟精度。基于模拟结果，可将启动过程分为初始阶段、平衡阶段和突变阶段；初始阶段的主要特征为绝热段和冷凝段的温升均滞后于蒸发段，蒸发段和冷凝段间的压力差出现小幅波动（平均波动范围为81.5 Pa）；平衡阶段的特征是冷凝段温度上升，蒸发段和冷凝段间的压力差波动幅度增大（平均波动范围为230.2 Pa），并出现间歇沸腾现象；突变阶段的主要特点是温度出现波动，同时压力波动更为剧烈。  
        关键词：重力热管;VOF模型;启动过程;压力;温度;导热系数   
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        发布时间：2024-12-13
      • 王晓宇, 宋分平, 谢李高, 董超, 赵日晶, 黄东
        2024, 45(6): 114-125. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.114
        摘要：制冷剂两相分配均匀性是影响换热器性能的重要因素。针对微通道换热器采用竖直集管分液效果较差的问题，提出两级均液集管的设计方案，通过两相制冷剂分配测试，对比了不同干度和总流量下，各支路的气液相流量比率。实验结果表明：空集管的顶部支路缺液，底部过液，各支路液相流量的相对标准差（RSD）大于95%；多股流集管通过底部进液腔分配，在多股流通道中向上流动并从侧面出流孔进入环形横隔腔，各支路液相RSD大于60%；在多股流集管中加入芯部整流腔和顶部分配腔后，液相RSD在5%以内，气相RSD在15%以内，分配效果良好。  
        关键词：微通道换热器;竖直集管;制冷剂分配;两相   
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        发布时间：2024-12-13
      • 王雨婷, 朱冬生, 叶周, 刘世杰, 吴子龙
        2024, 45(6): 126-134. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.126
        摘要：热管换热器广泛应用于空调新风系统来降低空调及建筑能耗。结合某空调新风一体机实际运行工况，开发出一款基于三维变形管的新型高效能量回收器，对其不同参数能量回收效果进行计算和模拟分析以确定最优参数，并对改造前后的室内气流组织进行模拟研究。结果表明：在夏季工况下，采用螺距为60 mm、长短轴比为1.3的三维变形管，且能量回收器进出风均为方形开口时，能量回收率最大，可达77.11%；达到同样制冷效果的前提下，比普通空调器节约电耗近35%，节能效果显著。此外，增设能量回收器后，由于存在能量回收，室内温度波动小，人体的舒适性更高。  
        关键词：空调;能量回收;强化传热;新风;夏季工况   
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        发布时间：2024-12-13
      • 毛宇波, 梁彩华, 汤琪
        2024, 45(6): 135-144. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.135
        摘要：中央空调系统因能耗大且与电网的尖峰负荷重叠，已成为电网调峰的重要对象和研究热点。为研究和挖掘中央空调系统参与电网调峰的潜力，提出一种中央空调系统自蓄能方法，该方法通过调节用户侧管网冷冻水温实现冷量的存储与释放，将峰期空调能耗转移，达到削峰填谷的目的。以某实际建筑中央空调系统为对象，通过建立中央空调系统模型并进行仿真，研究了该系统在不同空调负荷率和蓄冷量下的自蓄能蓄冷、释冷运行特性，评估了该建筑的自蓄能调峰潜力和运行经济性。结果表明：在40%空调负荷率下完成100%蓄冷量的蓄冷能效比为4.2，耗时27 min；在100%空调负荷率、100%蓄冷量和12 ℃释冷结束水温下，释冷60 min的削峰电量为745 kW·h，削峰率为23.9%；在最大冷负荷为11 673 kW的供冷季典型日利用自蓄能可降低空调系统3.9%的峰期电量和19.8%的尖峰期电量，单日节省3.0%的空调系统运行电费。  
        关键词：中央空调系统;变冷冻水温运行;自蓄能;电网调峰;削峰填谷   
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        发布时间：2024-12-13
      • 金露露, 盛健, 张华
        2024, 45(6): 145-151. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.145
        摘要：节流装置的调节对恒温恒湿箱系统性能具有重要影响。基于恒温恒湿箱定频制冷系统，实验研究了不同目标工况下电子膨胀阀（EEV）开度（10%~30%）对蒸发器过热度、压缩机排气温度、蒸发器翅片温度及箱内温湿度的影响。结果表明：EEV开度为15%~30%时，可保证过热度（8~15 ℃）和排气温度在安全合理范围内；EEV开度为20%以下时，设置旁通毛细管，使压缩机吸气带液冷却而安全运行；低温低湿和高温高湿工况下，较大开度使温湿度调节时间缩短10~20 min，低温高湿和高温低湿工况下，较大开度造成额外湿补偿或热补偿的能耗并延长温湿度调节时间；不同目标工况下，小开度（15%）相比大开度（25%、30%）箱内的相对湿度和干球温度更趋近目标温湿度，温湿度控制精度更高。  
        关键词：恒温恒湿箱;电子膨胀阀;过热度;排气温度   
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        发布时间：2024-12-13
      • 汪峰, 戴飞, 杨卫波
        2024, 45(6): 152-157. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.152
        摘要：为揭示翅片表面融霜滞留液滴的蒸发特性，通过可视化实验研究了液滴尺寸、基底润湿性和倾斜角度、加热温度等因素影响下翅片表面融霜滞留液滴的蒸发过程。实验结果表明：普通铝翅片表面的液滴蒸发模式为恒定接触直径和混合模式，钉扎现象明显，而疏水翅片表面为恒定接触角和混合模式，无钉扎现象，且蒸发耗时更长；液滴在普通翅片表面的蒸发耗时随翅片倾斜角度的增大而减少，倾斜角度越大，液滴蒸发时的脱钉现象越早发生；液滴初始体积相同的情况下，随着加热温度从30 ℃升至40 ℃，液滴的蒸发耗时缩短60%。此外，液滴初始体积越大，其蒸发耗时越长，但蒸发模式不变。  
        关键词：空气源热泵;翅片;融霜滞留液滴;蒸发;钉扎现象   
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        发布时间：2024-12-13
      • 牛建会, 梁征, 刘福生, 马国远, 冯连元
        2024, 45(6): 158-166. DOI: 10.12465/j.issn.0253-4339.2024.06.158
        摘要：设计并搭建了多台室外机并联空气源热泵实验系统，采用热液过冷对室外机进行轮换除霜。实验研究在不同室外温、湿度条件下系统制热性能随结、除霜的变化特点，并与热气旁通轮换除霜对比。结果表明：热液过冷轮换除霜效果良好，当室外侧空气温度为-10 ℃、相对湿度为90%时，最佳开始除霜时间为30 min，系统制热量由无霜时的9.87 kW降至开始除霜时的8.71 kW，制热COP由无霜时的3.73降至开始除霜时的3.36。不同湿度工况下运行除霜时，系统制热量及制热COP最小值可达5.42 kW、2.28。与旁通20%热气除霜相比，热液过冷轮换除霜平均制热量提升13.8%、制热COPC提升10.1%。  
        关键词：空气源热泵;热液除霜;热气除霜;制热性能   
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        发布时间：2024-12-13
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