双级压缩与复叠式压缩制冷系统的技术经济分析

为了探究双级压缩制冷系统与复叠式压缩制冷系统哪种更适合超低温制冷装置,通过对双级压缩系统和复叠式压缩制冷系统采用循环热力计算的方法,比较分析了双级压缩与复叠式压缩制冷系统的技术特性。同时从经济性的角度,对两种制冷方案的理论输气量、制冷系数、初投资、实际运行费用进行了对比分析。结果表明:在相同的工况下,复叠式系统的压缩比、排气温度和理论输气量均低于双级压缩系统,而复叠式系统的吸气压力和制冷系数高于双级压缩系统。在冷凝温度为40℃、蒸发温度为-65℃时,采用复叠压缩实际节能可达15.13%,即在超低温工况下复叠式系统更有前景。     

三级复叠制冷系统自然工质组的性能对比

为研究不同自然工质在三级复叠式制冷系统中的热力性能,采用R717/R1150/R50,R290/R1150/R50,R1270/R1150/R50 3种自然工质组合,对三级复叠式制冷系统的COP、压缩机的功率、排气温度、冷凝器热负荷和制冷剂质量流量随蒸发温度的变化进行了热力学对比分析。研究结果表明:不同蒸发温度下均存在一组最佳中间循环冷凝温度,使得COP值最大。蒸发温度从-120.0℃升高到-100.0℃时,R717/R1150/R50的COP最大,由0.38增大到0.52,总压缩机功率、冷凝器热负荷和制冷剂总质量流量最小。R717/R1150/R50的制冷剂总质量流量分别比R290/R1150/R50和R1270/R1150/R50小40.6%—38.2%和38.4%—36.3%。推荐在三级复叠式制冷系统中采用自然工质组合R717/R1150/R50的方案,研究结果为三级复叠式制冷系统自然工质组的选择提供理论依据。     

基于蒸汽压缩技术的热泵蒸汽系统热力性能分析

热泵蒸汽技术相比电锅炉及燃煤、燃气锅炉制取蒸汽，具有更高的一次能源利用效率，并且不产生CO₂和NO_x，符合我国节能环保发展战略。本文提出一种基于蒸汽压缩技术的热泵蒸汽系统，采用两级冷凝直接制取低压蒸汽，再通过蒸汽压缩升压至0.7MPa。并基于EES软件建立数值模型，分析冷凝温度T_cond、蒸发温度T_evap、经济器温度T_econ、喷气率β_g对冷媒压缩机功耗W_refri、蒸汽压缩机功耗W_vapor和系统能效系数COP的影响。结果如下：基于蒸汽压缩的热泵蒸汽系统，制取165℃的饱和蒸汽，在T_evap为50℃、T_cond为93℃时，系统COP为2.996，制取1t蒸汽消耗功率仅为247kW·h；系统COP随T_evap的升高逐渐增大，但是T_evap的升高需要更高的热源温度；蒸发温度不变时，系统存在最佳的T_cond、中间冷却温度T_econ和喷气率β_g，当蒸发温度T_evap为50℃，最佳冷凝温度T_cond为93℃时，最佳经济器温度T_econ为65℃，最佳喷气率β_g为0.13。     

操作参数对双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响

实验研究了操作参数（冷凝器进水温度、高温蒸发器进水温度和低温蒸发器进水温度）对双蒸发压缩/喷射制冷系统及两相喷射器性能的影响。结果显示,喷射器引射系数随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而减小,随低温蒸发器进水温度的升高而增大;喷射器压升比随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而增大,随低温蒸发器进水温度的升高而减小。冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较大,而低温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较小。其中,冷凝器进水温度每降低5℃,制冷系统COP增加0.44;高温蒸发器进水温度每升高2℃,制冷系统COP增加0.16。结果可供双蒸发压缩/喷射制冷系统的设计和运行参考。     

级间喷射膨胀阀开度对双级压缩系统性能影响

基于具有中间换热器结构的变容量双级压缩实验台,研究了级间喷射膨胀阀开度对双级压缩性能的影响。实验结果显示:随喷射回路膨胀阀开度的增大,中间压力先显著增大后缓慢上升,导致低压机排气温度先显著上升后保持不变,高压机排气温度先缓慢下降后显著降低,系统制热量和制热COP均先上升后轻微下降。     

双级压缩空气源热泵热水器系统模拟

为研究双级空气源热泵热水器运行参数对其性能的影响,缩短机组的开发周期,采用稳态仿真的方法对双级压缩热泵系统进行仿真模拟,建立各部件模型,并对中间冷却器建立模型,采用R134 a制冷剂,低压和高压级压缩机为活塞式压缩机,活塞排量分别为32.7和18.3 cm3,蒸发器选择一般的翅片管式换热器.结果表明：系统性能系数（COP）随冷凝压力和中间压力的增大而减小,随蒸发温度增大而增大;系统耗功则随中间压力增大而增大.通过建立试验台,收集试验数据与仿真结果进行比较,仿真结果能良好地反映系统运行中的参数变化,其误差范围在10%以内.     

操作参数对双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响

实验研究了操作参数(冷凝器进水温度、高温蒸发器进水温度和低温蒸发器进水温度)对双蒸发压缩/喷射制冷系统及两相喷射器性能的影响。结果显示,喷射器引射系数随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而减小,随低温蒸发器进水温度的升高而增大;喷射器压升比随冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度的升高而增大,随低温蒸发器进水温度的升高而减小。冷凝器进水温度和高温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较大,而低温蒸发器进水温度对制冷系统性能的影响较小。其中,冷凝器进水温度每降低5℃,制冷系统COP增加0.44;高温蒸发器进水温度每升高2℃,制冷系统COP增加0.16。结果可供双蒸发压缩/喷射制冷系统的设计和运行参考。     

基于R124/DMAC为工质的压缩吸收式制冷系统的性能分析

吸收式制冷能够利用工业余热进行制冷,但存在不能高效利用100℃以下废热的问题。本文以压缩吸收式制冷系统为研究对象,采用新型制冷工质对R124/DMAC,对不同发生压力、发生温度和冷凝温度下系统性能的变化规律进行研究,并与传统氨/水制冷系统的性能进行比较。结果表明影响系统制冷系数(COP)、?损和?效率的主要因素是发生温度和发生压力,在相同冷凝温度下,R124/DMAC制冷系统的最佳发生压力为600k Pa,最佳发生温度为75℃;而氨/水制冷系统的最佳发生压力为1100k Pa,最佳发生温度为100℃,采用新型制冷工质对能够有效地利用更低品位的热源进行制冷,同时系统的安全性更高。     

耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶系统热力性能分析

机械蒸汽再压缩（MVR）作为目前最先进的蒸发结晶技术得到广泛关注和应用，本文结合过热蒸汽干燥技术的优势，提出一种耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶干燥系统。基于EES软件建立数值模型，通过系统仿真的方法分析闪蒸压力p_flash、进料浓度c₀、循环倍率CR、换热温差ΔT_mhex等对压缩机能耗W_comp和系统能效系数COP、下降管结晶盐含水率的上限值ω和换热器UA值的影响情况。结果表明：耦合过热蒸汽干燥的MVR系统相比常规系统具有更高的COP、更低的W_comp，并且能够获得干燥的结晶盐；循环倍率CR增大，压缩机压比π降低，有利于提高COP和降低W_comp，但同时换热器UA_mhex值会增大，设备成本增加；系统COP随p_flash的变化关系与循环倍率CR有关，CR较低时，随P_flash的增大，系统COP增大，CR超过某一定值，随着p_flash的增大，系统COP呈先升后降趋势，其最大值在p_flash为40~50kPa；进入干燥器的下降管结晶盐含水率的上限值ω与进料浓度c₀有关，随进料浓度c₀的升高而增大；?T_mhex对MVR系统性能有显著的影响，?T_mhex每增大1K，COP平均降低5.6%、W_comp平均升高5.8%、UA_mhex平均减少14.4%，ω平均升高1.7%。     

非共沸工质换热匹配特性影响热泵性能的高级分析

针对非共沸工质非线性复杂相变传热过程,基于高级分析方法,推导出表征热泵系统性能的评估指标模型——温度匹配度（TMD）,探讨了非共沸工质与换热流体之间的换热匹配特性,实验验证了模型的准确性与适用性。选用了三组不同温度滑移程度的非共沸工质（M1、M2、M3）为对象,探究了TMD与换热夹点、系统COP、效率η以及换热器实际损占比ε之间的关系。结果表明：TMD越小,换热流体间的温度匹配越好,系统COP、效率越大,换热器实际损占比越小,反之亦然;且当TMD最小时换热器内夹点总是出现在饱和气态点处。     

Identification of optimum inter-stage pressure for two-stage transcritical carbon dioxide refrigeration cycles

The disadvantage of high discharge temperatures associated with transcritical CO₂ refrigeration cycles can be overcome by adopting two-stage compression with inter-cooling between the stages. This also helps in improving the overall volumetric efficiency and some power saving. This paper considers the criteria of minimum work of compression, equal discharge temperatures at the exit of each stage and minimum exergy loss during inter-stage and gas cooling for identifying inter-stage pressure. It is shown that the equality of stage discharge temperatures is a more useful criterion than the saving in power or improvement in COP because multi-staging has at best a marginal (<10%) effect on the latter. The criterion of minimal exergy loss in heat rejection also yields the same inter-stage pressures as the minimum work criterion. Optimum inter-stage pressure for each condition is identified for several evaporator and gas cooler outlet temperatures and expressed in terms of the inter-stage pressure index of the product of cycle operating pressure limits.     

蓄热型热泵热水器单级与复叠循环性能比较

引言 热泵机组的复叠循环,可以降低在寒冷气候下压缩机的压缩比,提高其制热效率[1].Agyenim等[2]采用石蜡为相变蓄热材料(PCM),分析了空气源热泵热水器内部传热特性,由于石蜡的热导率较小导致蓄热放热效率较低,PCM和水之间换热效率只有52%,为此开发了一种新型套管式换热器用于加强PCM和水之间的换热.Long等[3]数值模拟和实验分析了相变蓄热水箱的蓄热放热过程,在室外于湿球温度24/20℃,进水温度24℃条件下,热泵系统平均COP为3.08.陈光明等[4-5]设计一种新型的复叠式空气源热泵装置,提出单级向复叠运行转换足由两者运行时的吸、放热量、耗功量和运行性能系数决定,同时还与压缩机的形式有关,输气系数、绝热效率随压缩比变化越小,复叠运行优势越小.吴青吴等[6]以常规工质对复叠式热泵热水器在不同运行工况下的循环特性进行了理论计算,提出冬季运行复叠式循环,夏季单独运行高温级循环,有利于系统的节能.     

三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。     

CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析

Two-stage vapor compression refrigeration cycle was accomplished with an intercooler.The state of the refrigerant vapor leaving the intercooler affects the system performance.The thermodynamic analysis of the trans-critical two-stage refrigeration cycle using CO₂ as the refrigerant was made with a condensing temperature of 35℃.When the intercooler operated at about the geometric mean of the evaporating and condensing pressures,compared with the single stage cycle,the coefficient of performance（COP）of the two-stage cycle was improved.As the degree of superheating of the CO₂ vapor leaving the intercooler increased,the COP of the two-stage system decreased.     

中间完全冷却CO_2跨临界双级压缩节流循环

双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流(STDC循环)和两次节流(DTDC循环)。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩(STSC)节流循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。     

混合工质配比对自复叠制冷循环影响的理论模拟和实验研究

随着制冷行业的快速发展,结构简单、运行可靠、系统效率较高的自复叠制冷系统引起人们的广泛关注。由于自复叠制冷系统性能受混合制冷剂配比影响等问题不利于其在大中型系统中的应用,在理论分析单级自复叠系统性能与工质配比间关系的基础上,对传统的单级自复叠系统进行改造,分别在高低温循环过程安装电子膨胀阀和储液罐、精馏器等部件以更好地调节混合工质的质量流量。采用Matlab软件编程,调用制冷工质物性分析软件NIST Refprop 9.0进行模拟计算,并把三种压比下的模拟计算与实验结果相对照。结果表明：在R23浓度（质量分数）为0.32~0.40时,改进的自复叠系统具有较高的COP,且实验与模拟结果相吻合。实验结果表明系统（火用）效率几乎不受R23浓度变化的影响。进一步表明了自复叠系统性能不受工质配比影响,具有可行性,为自复叠系统在大中型制冷系统中的推广提供了依据。     

单机双级滚动活塞压缩机热泵系统的性能特性

将R410A为工质的单机双级滚动活塞压缩机闪发器系统用于房间空调器,能有效地降低排气温度、提升制冷/制热能力,具有显著的节能效果。通过对单机双级滚动活塞压缩机闪发器热泵系统的分析计算,得出压缩机适宜的高低压腔容积比为4/5。对研制出的样机进行了实验研究,结果表明,在蒸发温度为5℃,冷凝温度为35～45℃的工况下,制冷COP_r最高可达3.81,排气温度低于91℃;蒸发温度为-5～-10℃,冷凝温度为40℃时,制热COP_h最高可达3.38,排气温度低于111℃。     

Exergy analysis of C2 recovery plants refrigeration cycles

This paper provides an exergy analysis of the multistage refrigeration cycle used for Ethane and heavier hydrocarbons (C₂⁺) recovery plant. The behavior of an industrial refrigeration cycle with propane refrigerant has been investigated by the exergy method. The equations of exergy destruction and exergetic efficiency for the main cycle components such as evaporators, condensers, compressors, and expansion valves are developed. The relations for the total exergy destruction in the cycle and the cycle exergetic efficiency are obtained. An ethane recovery unit with its refrigeration cycle has been simulated to prepare the exergy analysis. Using a typical actual work input value; the exergetic efficiency of the refrigeration cycle is determined to be 43.45% indicating a great potential for improvements. The simulation results reveal that the exergetic efficiencies of the heat exchanger and expansion sections get the lowest rank among the other compartments of refrigeration cycle. Refrigeration calculations have been carried out through the analysis of temperature-entropy (T-S) and pressure-enthalpy (P-H) diagrams where coefficient of performance (COP) was obtained as 1.87. The novelty of this article includes the effect and sensitivity analysis of pressure drop and temperature on the exergy efficiency and coefficient of performance of the cycle.     

纯电动车集成热管理系统性能的热力学分析

纯电动车集成热管理（ITM）系统能有效提高车辆的能量利用效率,然而兼顾电池、客舱热需求的集成热管理系统结构复杂,针对ITM系统的串联和并联两种构成形式,基于AMESim软件搭建系统仿真模型,从热力学的能量和角度比较分析两种系统的性能。结果表明：串联系统的性能系数和效率均明显高于并联系统,制冷模式下,分别平均高7.6%、23.6%;热泵模式下,分别平均高13%、7.6%。随着压缩机转速的增大,两种系统的部件总损失均明显增大,压缩机和室外换热器的损失成为主要损失,此外在并联系统中电子膨胀阀的损失占比较大。