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2025年第46卷第1期
- 摘要：热泵技术是一种节能技术，能够有效应对全球变暖，降低碳排放。工业热泵回收供热过程的废热加热水或空气，可减少电力消耗及碳排放。工业热泵节能环保，供热稳定，已广泛应用于生产及生活的各个阶段。分析了国内外工业余热高温热泵的压缩机类型及特点，针对中大容量的双螺杆压缩机及离心压缩机，分析其应用及技术现状。螺杆式热泵压缩机在高蒸发温度时应采用开启式结构，高冷凝温度时可采用高速无油方案；离心式热泵压缩机除高效的叶轮外，应关注耐高温电机与无油润滑轴承。螺杆式水蒸气压缩机关注转子热变形及轴封问题，向大温升方向发展。关键词：高温热泵;双螺杆压缩机;离心压缩机;水蒸气压缩机284|112|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：HP-1是新一代环保HFOs制冷剂，由于具有良好的热力学性能和环保性能，且其临界参数和饱和蒸气压均与R245fa性质接近，具有替代高GWP的R245fa用于高温热泵等领域的潜力。通过理论与实验的方法，对HP-1的可燃性、溶油性和材料相容性等关键物性展开研究。研究结果表明：HP-1可燃极限为9.75%~16.10%，与MK220润滑油高温下互溶性良好，与高温热泵系统材料相容性良好。HP-1应用高温热泵机组，在蒸发温度为50~70 ℃时，机组冷凝温度均可达125 ℃，制热量为99.27~153.14 kW，COP为2.25~4.85。关键词：高温热泵;制冷剂替代;HFOs制冷剂;物性160|101|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：在“碳中和”目标背景下，实现集中式冷热管网无法覆盖的分布式区域的低碳冷热兼供，具有重要的现实意义。提出一种基于吸收式热泵的冷热兼供系统，利用光热、地热、余热、生物质和空气能等多种清洁、可再生能源，实现-20~90 ℃宽温区冷热兼供，适用于乡村、城镇、工业园等分布式区域。基于Aspen构建了系统模型，并搭建了一套原理样机。样机利用真空管集热器捕集光热能，并引入天然气补燃平衡光热负荷波动；通过载热/载冷介质循环及阀组切换，利用单套吸收式热泵及室外冷热一体机，拖动多套室内供热/供冷末端。原理样机在济南进行了环境测试，整个测试期间光热占比可达35%。通过燃气比例调节，实现全天候稳定供能；通过液位控制，实现了大范围的浓度调节，使样机能在更宽的温度范围内高效运行。研究发现：当冷却水温度在30~20 ℃变化时，-20 ℃制冷COP为0.30~0.43，7 ℃制冷COP为0.70~0.78；当蒸发温度在-15~20 ℃变化时，45 ℃供热COP为1.40~1.90，80 ℃供热COP为1.35~1.56。结果表明：通过引入太阳能热驱动和空气能回收，该系统可再生能源比例超过50%；相较燃气壁挂炉和电空调的传统方式，新型系统全年运行费用降低54%，碳排放降低44%，具有巨大的应用潜力。关键词：吸收式热泵;多能互补;冷热兼供;可再生能源;碳减排135|52|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：近年来，潜热储能热管理在热泵中的应用受到广泛关注。将相变蓄热技术与热泵结合可提升热泵性能及对可再生能源的利用率，但仍需进一步降本增效。综述了近年来压缩式热泵与相变材料耦合储热的研究进展，分类概述了不同应用场景下相变材料相关热物性的适用条件及其表征方法。概括了热泵储能系统性能的优化途径，包括相变材料选取原则与改良方法、储热器的优化设置思路和相关原理、系统的动态优化控制策略等。梯级相变蓄热型热泵在提升供给侧舒适性和提高可再生能源利用率等方面的突出表现，表明了梯级蓄热应用于热泵储能系统中的广阔前景，提出非共晶混合相变材料作为梯级蓄热备选材料的观点。指出需要总结和开发储能相变材料热物性可调控的新方法，使相变材料的选取和改良技术与梯级蓄热装置的热力学理论优化研究相适应，进一步提升相变蓄热型热泵的供热脱碳能力。关键词：热泵储能;潜热储能;相变材料;梯级蓄热116|102|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：空气源热泵毛细管地板辐射供暖系统以制冷剂为热工质直接加热地板，具有系统简单、传热效果好的优点。搭建了空气源热泵毛细管地板辐射供暖实验装置，在不同室外环境温度下对平行布置的毛细管地板辐射末端进行供暖实验研究。实验结果表明：室外温度越低，毛细管地板辐射末端温度稳定所需时间越长，当室外温度为-5 ℃时，稳定时间为120 min；同一根毛细管壁面上排气入口端与凝液出口端温差较大，可达到6.40 ℃，2 cm厚水泥地板表面温差可达4.20 ℃；从毛细管壁至水泥地板表面竖向温差较小，不超过0.40 ℃，地板竖向传热效果良好；不同毛细管的同一位置处温差在0.80 ℃以内，温度均匀性良好；室外温度为-5 ℃时，机组稳定运行制热COP可达4.61，性能良好。关键词：空气源热泵;毛细管;地板辐射;制热性能113|84|0更新时间：2025-01-23
热泵技术专栏
- 摘要：微通道冷却是解决高热流密度散热问题最有效的技术之一，具有传热效率高、热阻低、结构紧凑等优点，但同时存在压降增加的问题。微通道的结构是影响其流动与传热性能的重要因素。针对该问题，简述了国内外对单相液冷微通道散热器在结构设计方面的研究进展，分为通道几何结构、扰流结构、针肋结构、多层结构、仿生结构和复合强化结构。结合各结构强化传热的原理，分析其在传热系数、压降、综合性能、均温性等方面的优缺点，并对微通道散热器常用的基体材料与加工方法进行了成本分析。基于上述总结与介绍，从应用角度展望了微通道散热器的前景与发展方向，指出复合结构的应用、仿真与实验的结合、材料学与加工技术的进步以及学科交叉是今后结构研究的重点。关键词：微通道;传热系数;单相流;结构设计134|111|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：压缩机出口连管作为声功传输部件，其声功损失直接影响脉管制冷机性能。柔性波纹管相比于传统刚性光滑管在应用中可以调整压缩机和冷指相对位置。为研究柔性波纹管对制冷机的影响，采用模拟仿真分析了刚性光滑管和柔性波纹管连管的流动特性，并通过实验验证了两种类型连管对整机性能的影响。模拟结果表明：与刚性光滑管相比，波纹管波纹处出现混合流，产生更多阻力损失；相同入口参数下，出口质量流与压力波幅值更低，声功损失更多。实验结果显示：相同制冷能力时，波纹管所需输入功更多，当制冷温度为37.5 K，制冷量为0.5 W时，波纹管和光滑管输入功分别为119 W和112 W；制冷量为3.0 W时，波纹管和光滑管输入功分别为279 W和259 W。关键词：脉管制冷机;柔性波纹管;流动特性;声功传输54|64|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：数据中心低碳转型减排对实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。对全国数据中心总体情况进行对比分析，基于中国关键年份CO2排放和强度目标，引入能效提高率、非化石能源消费占比、负排放技术强度3个变量，采用情景分析法分析数据中心CO2排放总量。研究结果表明：数据中心的耗电量逐渐增加，而碳排放量呈先增加后降低的趋势，数据中心的电能利用效率（PUE）呈逐渐下降的趋势，3种情景的碳达峰时间均为2030年，碳中和的时间分别为2059、2057、2055年。展望2060年碳中和目标，数据中心行业应进一步提高能效利用率、提高非化石能源占比、加强碳捕集与封存技术创新和提升碳汇水平。关键词：数据中心;碳中和;情景分析;减排路径86|68|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：为实现数据中心绿色高效制冷，并提高能源综合利用率，提出了集成机械过冷和双温蒸发技术的CO2数据中心冷却供热系统（DMS-DE）。建立了系统热力学和碳排放特性分析模型，并与基本CO2系统（Base）和单温蒸发机械过冷CO2系统（DMS-SE）进行对比分析。结果表明：DMS-DE存在最大COP（性能系数）、最优过冷度和排气压力。采用机械过冷技术和双温蒸发技术可显著提升系统COP和
效率。与Base和DMS-SE相比，COP分别提高14.1%和9.0%， 效率分别提高13.24%和4.31%。DMS-DE的生命周期碳排放相对Base和DMS-SE分别降低16.1%和9.3%。 关键词：机械过冷;双温蒸发;数据中心;CO2系统;冷热联供67|23|0更新时间：2025-01-23 - 摘要：香菇干燥是防止香菇出现腐烂、褐变等问题的一种有效方法，而在干燥过程中，装填密度对系统性能及干燥品质均具有重要影响。基于新设计的准双级补气增焓热泵闭式干燥系统，实验研究了不同香菇装填密度对水分比、干燥速率、系统能效比（COPsys）、单位能耗除湿量（SMER）、单位能耗干燥量及复水比的影响规律。结果表明：在干燥室送风温度为55 ℃和循环风量为580 m3/h的条件下，随着装填密度从1.5 kg/m2增至3.0 kg/m2，香菇干燥速率逐渐下降，平均COPsys、平均SMER、单位能耗干燥量及复水比均先增大后减小；当装填密度为2.4 kg/m2时，平均SMER、单位能耗干燥量和复水比均取得最大值，分别为0.320 kg/（kW·h）、0.391 kg/（kW·h）和3.6；当装填密度为2.7 kg/m2时，平均COPsys取得最大值4.22。关键词：热泵;干燥;香菇;装填密度;性能54|33|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：碳氢工质在液化天然气用螺旋折流板管壳式换热器壳侧的两相流型决定了换热器的换热性能。通过可视化实验方法测试了丙烷和乙烷/丙烷混合物在螺旋折流板管壳式换热器壳侧的两相流型。测试结果表明：随着干度的增大，实验依次观测到了分层流、分层-雾状流和雾状流3种流型；随着丙烷的质流密度从20 kg/（m2·s）增至40 kg/（m2·s），分层流至分层-雾状流的转化干度从0.7减至0.3，而分层-雾状流至雾状流的转化干度从接近1减至0.7；当乙烷的比例从0增至50%时，分层流至分层-雾状流的转化干度从0.30~0.45增至0.43~0.55，而分层-雾状流至雾状流的转化干度从0.69~0.85增至0.83~接近1。已有的水-空气混合物的流型图无法适用于碳氢工质的流型预测，新建立的流型转化准则对于实验的分层流、分层-雾状流和雾状流的预测偏差分别约为6.5%、5.5%、4.2%。关键词：混合制冷剂;两相流;流型;壳侧;螺旋折流板48|82|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：针对目前空调行业中应用蓄冷技术进行经济性优化过程中能耗普遍增加的问题，提出一种以保持冷水机组高能效运行为核心的节能优化运行策略，该策略通过小型蓄冷罐储存和释放冷量，主动调控冷水主机的负荷率，保持冷水主机长时间处于高效运行状态以实现节能。以一座医院的中央空调系统的运行数据为数据来源，建立空调系统物理模型进行模拟，得到冷水主机在不同环境条件下的性能曲线，用于准确描述每时刻冷水主机的高效运行状态。在最大冷负荷为9 979 kW的供冷季典型日，相比于无主动水蓄冷的常规冷水机组运行策略，可节省日用电量2 777 kW·h，占当日中央空调系统用电量的6.0%，并在整个供冷季节省中央空调系统用电量2.35%，节省冷水主机用电量4.45%。关键词：负荷分配;水蓄冷;冷机顺序控制;空调节能运行策略64|76|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：目前高低温试验箱制冷系统存在能耗高和制冷效率低的问题。为了提高系统运行效率并符合低碳环保的发展方向，搭建了高低温试验箱补气增焓系统，并选取新型制冷剂R448A和R404A进行实验研究，研究了不同制冷剂充注量和压缩机频率对制冷系统性能的影响。实验结果表明：随着充注量的增加，R404A和R448A系统的制冷量和COP均先升高后减小，R448A系统的最大制冷量和COP分别比R404A系统高11.3%和10.4%；R448A系统的功耗均小于R404A系统，在充注量为2.0 kg时，R448A系统的功耗比R404A系统低7.5%。随着压缩机频率的增加，压缩机功耗和制冷量均增大，R448A制冷量的增幅比R404A高7.7%，而压缩机功耗的增幅比R404A低1.9%。关键词：高低温试验箱;补气增焓;R448A;压缩机频率;制冷剂充注量63|96|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：电机冷却是保障线性压缩机高可靠性运行的关键。建立了基于实验运行参数及温度的直线振荡电机损耗模型，分析了电机铜损、铁心损耗和涡流损耗随温度的变化趋势，并耦合线性压缩机流场三维模型，对电机线圈和永磁体的温度分布特性进行了变工况分析。结果表明：在相同的进气温度下，质量流量每提升0.2 g/s，电机温度降低4~20 ℃，且温度分布方差降低0.5~1.2；相同质量流量下，进气温度每降低5 ℃，电机温度降低4~6 ℃。永磁体的最大温差为0.6 g/s质量流量工况下的7.3 ℃和1.4 g/s质量流量工况下的6.9 ℃。优化后的进气结构使电机温度分布方差减小了5.521，最高温度下降了4.1 ℃，最大温差下降了4.55 ℃。关键词：线性压缩机;电机损耗;温度分布;直线振荡电机38|84|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：利用已验证的CFD模型研究不同工况下混合室长度和扩压室锥半角对喷射器升压性能的影响。结果表明：在给定工况下，存在最优的混合室长度和扩压室角度参数组合使喷射器的升压性能最高。两者对喷射器性能的影响具有强相关性：当混合室足够长时，掺混较为充分，混合流扩压时不易发生流动分离，扩压室锥半角在0.5°~3°变化对喷射器性能的影响相对较小；而混合室较短时，扩压室壁面附近容易产生湍流损失，扩压室角度的影响较大。此外，最优结构参数受到运行工况的影响，随喷嘴入口压力和温度降低，最优混合室长度增加，最优扩压室角度减小。在研究工况和喷嘴配置下，喷射器最优混合室长度约为38 mm，最优扩压室锥半角为1°~1.5°。关键词：两相流;CO2喷射器;混合室;扩压器61|38|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：在由多个对置射流风口所构成的封闭人居环境内，对涡旋结构的认识对遏制病毒和污染物传播起到至关重要的作用。搭建了对置射流封闭人居空间的缩比模型，使用PIV（particle image velocimetry）系统对等温条件和冷却条件下的流场进行测量。在涡的视角下对流场的湍流特性进行研究，对比了不同的涡识别算法的识别效果。筛选出Liutex涡识别方法对一个摆动周期内的涡旋运动进行分析，发现逆时针和顺时针方向涡旋强度不同，最大强度分别为50 s-1和110 s-1，得出涡旋的运动、合并、湮灭会对流场结构产生影响，射流摆动的周期约为3.67 s。由于涡对污染物具有锁定作用，通过涡心相对频率分布图表示污染物聚集的区域，分析得出虽然流场是非定常的，但涡的分布却相对稳定，其中CS4截面左侧涡心在同一点出现的次数高达21次。在冷却条件下污染物被锁定在更小的区域，这有助于遏制污染物的传播。关键词：封闭空间;通风流场;对撞射流;涡识别44|84|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：冷水机组中的换热管采用水作为工作介质，长期运行时水中的钙离子等盐分会析出并形成水垢，导致传热性能出现衰减；而冷水机组中小管径换热管的应用，可能会导致结垢问题更加突出。通过设计搭建加速结垢实验台并选取典型的结垢测试工况来对照分析常规尺寸换热管和小管径换热管的结垢特性。常规尺寸换热管选7 mm光管，小管径换热管选5 mm光管，结垢测试工况包括：循环水入口温度60 ℃、流速1 m/s、成垢溶液质量浓度800 mg/L、测试时间0~400 h。5 mm光管与7 mm光管相比，总结垢量增加了39.5%，结垢达到稳定所需时间缩短了17.6%，表明管径小型化后的管内结垢量更大、结垢速率更高。5 mm光管和7 mm光管结垢后的传热系数分别下降12.5%和9.7%，压降分别增加50.6%和10.4%，表明小管径换热管结垢后的传热性能恶化更严重。通过解剖发现5 mm管内结垢层为更紧密的片层状结构，相比于7 mm管更难去除，因此对于冷水机组推广小管径换热管的应用需要重点关注结垢风险。关键词：冷水机组;小管径;加速结垢;析晶污垢;实验研究63|91|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：基于海藻酸钠水凝胶的微囊化技术可用于优化冷冻和复温程序，降低细胞和组织的冷冻损伤。观察了卵母细胞在不同体积分数（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）海藻酸钠水凝胶中的形态，确定其封装的安全浓度；利用低温显微镜系统研究了不同体积分数海藻酸钠水凝胶的结晶温度及结晶行为，并对比卵母细胞在基础溶液、保护剂溶液中降/复温时形态和结晶情况；对比溶剂置换型和物理混合型制备的海藻酸钠抗冻水凝胶包封卵母细胞的冻存效果。结果表明：卵母细胞在0.5%和1.0%体积分数的海藻酸钠凝胶中整体形态与体积维持较好；1.0%体积分数海藻酸钠组和12.5%DMSO+12.5%EG+0.5 mol/L海藻糖的保护剂溶液组中的卵母细胞在降温过程中均未产生胞内冰；相比物理混合型，溶剂置换型组水凝胶中的卵母细胞在降温过程中无胞内冰产生，细胞复温后仍保持正常形态。关键词：海藻酸钠;卵母细胞;微囊化;结晶温度62|75|0更新时间：2025-01-23
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