室温磁制冷机性能评测及能效分析

为建立磁制冷机能效统一评价指标,弥补采用温跨和制冷量作为磁制冷系统性能评价标准的不足,在现有评价方法的基础上提出了新的室温磁制冷样机能效指标-?效率。为了验证新评价指标的可行性,分别对2011年维多利亚大学公布的样机数据和2012年丹麦理工大学公布的样机数据进行分析计算,将以温跨-热源温度和温跨-制冷量形式给出的测试数据统一转换为温跨-冷量?的形式,以实现对不同样机的能效进行客观评价;同时搭建测试平台对四川大学旋转式室温磁制冷样机在25、27及30℃工况下进行冷量?、?效率指标测试。实验结果表明,该室温磁制冷样机在25℃工况下,磁制冷机转速6 r·min-1时,制冷量为240 W,最大冷量?为3.26 W。在剔除电机损失、机械损失、磁滞损失及涡流损失等因素的影响后,最大?效率为0.039。     

高温区大冷量脉管制冷机优化设计与实验特性

设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机,采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动,冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置,采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理,建立了脉管制冷机动力学模型,对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态,对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量(不含电控部分)小于12 kg。在230 W输入电功下,能够获得50 W/170 K的制冷性能,电机效率92.7%,整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功(输入电功/制冷量)小于5W/W,额定输入功下,200 K温区能够获得90 W的最大制冷量,该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却,同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。     

高温区大冷量脉管制冷机优化设计与实验特性

设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机,采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动,冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置,采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理,建立了脉管制冷机动力学模型,对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态,对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量（不含电控部分）小于12 kg。在230 W输入电功下,能够获得50 W/170 K的制冷性能,电机效率92.7%,整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功（输入电功/制冷量）小于5 W/W,额定输入功下,200 K温区能够获得90 W的最大制冷量,该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却,同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。     

普冷温区斯特林制冷机

自由活塞斯特林制冷机具有环保、制冷温区广、制冷量易控等优势。针对一台普冷温区小型自由活塞斯特林制冷机展开了试验研究。试验中分别使用层叠丝网和卷绕丝网作为回热器,考察了不同温度下的制冷特征。其中,当使用层叠丝网时,制冷机在235 K制冷温度、100 W制冷量下,制冷系数为0.94,在200 K制冷温度、80 W制冷量下,制冷系数为0.49;当使用卷绕丝网时,制冷机在235 K制冷温度、100 W制冷量下,制冷系数为0.8,在200 K制冷温度、55 W制冷量下,制冷系数为0.32。最后对各部件损失进行理论分析,为后期优化提供方向。     

真空闪蒸制取冰浆系统(火用)分析

采用已有的计算冷量以及损失的公式,对实验室用真空闪蒸制取冰浆系统进行了(火用)分析。利用EES软件,对真空闪蒸法冰浆制备系统中的4个关键环节(冷水冰水混合、真空室内喷雾闪蒸、捕水器内蒸汽凝结成霜、制冷机制备低温盐水)进行计算,得出各个环节(火用)损失以及整个系统的(火用)效率。结果表明:实验用真空室内喷雾闪蒸环节的(火用)效率较高,捕水器内蒸汽凝结成霜的(火用)效率较低,制冷机组制备低温盐水(火用)效率最低,(火用)损最大,导致整个系统的效率相对较低。为了改善真空闪蒸制取冰浆系统的能耗,应对低温盐水制备环节进行优化或采用其他方式替代该环节。     

R290工质直线压缩机的性能实验研究

根据R290工质的商业冷柜的制冷需求,开发了直线压缩机样机,开展了国标工况下的制冷性能实验研究。实验结果显示,直线压缩机样机在供电电压145 V,频率70.2 Hz条件下,制冷量为604 W,制冷COP为1.42,部分负荷制冷COP会发生一定的衰减,负荷率越低衰减越大,40%制冷量时COP仅为1.02。降低供电频率导致其与固有频率的偏离增大时,制冷量和COP也出现了较大的衰减。功耗分析表明,为提高直线压缩机能效,需要从直线电机的性能系数和降低活塞与气缸配合间隙两方面同时进行优化。     

乙烯分离与复叠制冷系统用能的综合优化

乙烯装置的分离过程要在低温下进行,由乙烯制冷系统提供所需冷量。乙烯制冷系统为封闭式循环,独立于分离单元之外。将乙烯分离单元与制冷系统同时优化,能有效提高装置用能效率。复叠式制冷级数是当前乙烯工业中使用最为广泛的制冷技术。本文针对乙烯分离过程和配套的复叠制冷系统,采用Aspen Hysys进行模拟并进行(火用)分析,发现系统主要的(火用)损失发生在换热与压缩两部分,其占总(火用)损失的83%,为节能的重点。进而通过夹点技术对冷剂配置进行分析,发现-56℃以上各温位的冷量配置不合理,远超过理论最小值,-56℃以下各温位的冷量基本达到理论最小值。提出了采用多股流换热器的换热网络理论设计方法,并对冷剂进行重新配置,该理论方案可以降低丙烯制冷压缩机约30%的功耗,并节约部分乙烯制冷压缩机功耗,显著降低了乙烯深冷分离能耗。     

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。     

R290直线压缩机变工况制冷性能

根据电子冷却等应用需求,开发了小型制冷装置用R290直线压缩机样机,并开展了变工况性能试验研究。结果表明,在蒸发温度为8.0、2.7和-3.4℃三种工况下,直线压缩机在上死点位置的制冷量分别为1633.4、1417.4和943.4 W,COP分别为6.67、4.24和2.63,对应的循环效率分别为67.5%、70.9%和69.3%。蒸发温度2.7℃的设计工况循环效率最高,该工况下,当制冷量在35%～100%调节时,多变指数系数变化范围为0.968～0.983。在压缩机变容量调节过程中,气体等效刚度、固有频率与等效阻尼呈非线性变化,在上死点附近均存在极值点。     

柴油机废烟气驱动的热管LiBr制冷机的分析

工业过程中的废热排放造成了可用能的损失 ,又造成热污染和环境污染。针对一种利用热管回收废热的LiBr制冷机 ,采用柴油机烟气废热制冷实测后 ,对该系统的实测结果进行了火用分析 ,分析结果表明了这种新型废热LiBr制冷机有效利用了柴油机烟气余热 ,提高了系统的火用效率     

循环水流量对ORC余热发电系统性能影响的试验分析

基于实验室3 kW有机朗肯循环（ORC）低温余热发电试验装置,参考石化行业能耗设计标准将循环水作为耗能工质,采用总能系统方法进行能耗分析,对比了不同热源温度下不同分析边界的系统及主要设备的热力学性能。结果显示：发电机输出功、膨胀机输出功、ORC子系统净输出功、ORC子系统热效率和?效率均随着热源温度和循环水流量的增加而增加;不同热源温度下,最大系统净输出功与最大系统?效率出现的工况一致。本试验在热源温度为120℃时取得最大系统净输出功0.731 kW和最大系统?效率11.81%,此时对应循环水流量为1.629 t·h^-1。该研究为ORC余热发电系统性能与能耗分析提供了参考。     

10~30K温区纯不锈钢丝网与混填磁性填料制冷性能对比

低温回热材料的性能是制约深低温制冷机发展的关键因素之一。在10~30K温区,对比低温段回热器采用不锈钢丝网（SS）和SS与HoCu₂混合填充两种方式的回热器损失、能量流分布及制冷性能。数值模拟表明,回热器采用纯SS填充时存在较大换热损失,而混填时流阻损失影响显著增大,随着制冷温度提高,回热器换热损失均能减小,而流阻损失有所增加。低温级脉管内能量流模拟结果表明,HoCu₂填充时,回热器焓流较小,传输到冷端的PV功也较小。最后在主动调相的热耦合两级脉管上开展实验测试,结果显示,SS与HoCu₂混合填充的低温级脉管无负荷温度到9.56K,当制冷温度为25K及以下时,制冷效率高于纯SS填充;制冷温度高于28K时,纯SS填充的制冷效率更高。通过常规不锈钢材料和磁性材料填充回热器制冷性能对比,为液氢温区高效回热器设计提供参考。     

共冷凝器双循环有机朗肯发电系统㶲分析

有机朗肯循环（ORC）发电是将中低温热源转化为高品位电能的有效途径之一。本文针对热源温度为100~150℃的亚临界饱和有机朗肯循环系统,选用4种有机工质,首先分析热源温度和工质对单级/双循环发电系统?效率和加热器?效率的变化规律,进而对双循环系统窄点温差对系统和加热器?效率的影响进行分析。主要结论包括：在相同热源温度下,R245fa为工质时,双循环系统及加热器的?效率相对于单循环系统的?效率大幅提升,在热源温度为130℃时,系统?效率提高了14.45%。随着窄点温差的增大,系统和加热器?效率减少;不同热源温度下窄点温差增大时,系统和加热器?效率的减小量接近相等,当窄点温差增加2℃,系统?效率平均减少1.9%左右。分析双循环系统采用4种有机工质时系统和加热器?效率,发现?效率都随热源温度增加而增大;当热源温度为100℃和150℃时,工质R245fa相对于R601的系统?效率相差为0.89%和3.54%;对应加热器的?效率相差为0.49%和4.82%。     

A Comparative Study on Exergetic Performance Assessment for Drying of Broccoli Florets in Three Different Drying Systems

This article deals with the exergy analysis and evaluation of broccoli in three different drying systems. The effects of drying air temperature on the exergy destruction, exergy efficiency, and exergetic improvement potential of the drying process were investigated. The exergy destruction rate for the drying chamber increased with the rise in the drying air temperature at 1.5 m/s, both in the tray and the heat pump dryer. The highest exergy efficiency value was obtained as 90.86% in the fluid bed dryer in comparison to the other two drying systems and the improvement potential rate was the highest in the heat pump dryer during drying of broccoli at the drying air temperature of 45°C and the drying air velocity of 1.0 m/s.     

回热器对双级压缩和复叠式压缩制冷系统影响的分析

为了研究回热器对双级压缩制冷系统和复叠式压缩制冷系统的影响,以R404A双级压缩制冷系统和R404A/R23复叠式压缩制冷系统为例,通过建立两种制冷系统的热力学模型和(火用)分析法,分析了回热器效率对压缩机排气温度、单位质量制冷量、制冷剂质量流量、系统制热能效比(COP)、系统总(火用)损、系统各部件(火用)损和系统(火用)效率的影响。结果表明,在双级压缩制冷系统中,当回热器效率ε 取0.1～0.9时,系统COP增大4.0%,系统的总(火用)损减少9.6%,而系统(火用)效率增大7.1%;在复叠式压缩制冷系统中,系统COP和系统(火用)效率随高温级回热器效率ε 增大而增大,随低温级回热器效率ε增大而减小,而系统总的(火用)损随高温级回热器效率ε 增大而减小,随低温级回热器效率ε 增大而增大。     

Performance Assessment of a Potato Crisp Frying Process

Frying is a common and popular cooking method, which has been widely used in food manufacturing, though it is a very energy-intensive process. Energy analysis has been commonly used to assess the performance of fryers. In this study, we attempted to exergetically assess the performance of a potato crisp frying system, which consists of three main components, a combustor, a heat exchanger, and a fryer. In the analysis, we utilized the actual operational data obtained from the literature. We determined exergy destruction in each system component and the whole system. We calculated universal and functional exergy efficiency values for the system components and compared them with each other. We also undertook a parametric study to investigate how the overall cycle performance was affected by changing the reference environment temperature and some operating conditions. We illustrated the exergy results through the Grassmann (exergy loss and flow) diagram. We calculated the universal exergetic efficiency values of 58, 82, and 77% for the combustor, heat exchanger, and fryer, respectively, with a universal exergetic efficiency value of 4% for the whole frying system. We found that the fryer had the highest functional exergetic efficiency value of 74%, followed by the heat exchanger with 47% and the combustor with 0.08%.     

有机朗肯循环热电联供系统的实验研究

有机朗肯循环低温热力循环性能优越,易于小型化和自动运行,非常适合于分布式热电联供系统。依托已有的ORC-CHP实验平台,对热源温度101℃,膨胀机乏汽余热利用温度21.6～48.7℃时系统的热力性能进行了实验研究。在该温度范围内,ORC-CHP系统的综合能量效率96%～97%,其中热功转换效率4.4%～5.1%,乏汽余热利用效率91%～92%;从可用能角度出发,系统综合可用能效率50.0%～75.3%,其中热功可用能效率24.4%～19.2%,乏汽余热可用能效率25.7%～56.2%。实验表明该系统可以高效利用膨胀机乏汽余热,明显提高了有机朗肯循环的综合利用效率。     

新型热电制冷装置的实验开发

旨在开发一种热电制冷装置(TEC), 实现微电子设备芯片低于环境温度的冷却, 解决芯片超频运行后的散热问题。为了研究该装置的制冷效果, 将其串联在传统液冷散热系统中。通过搭建实验测试平台, 对该装置在不同环境温度、芯片不同热流密度、不同工况和不同制冷效率下的制冷性能进行了实验研究。研究表明, 维持热源表面温度与环境温度相等、TEC工作电压48V、风速3~5m/s的条件下, 散热能力可达7W/cm²。散热器工作在高环境温度(35℃)下, TEC能有效降低散热阻力, 提升最大散热量。当热流密度为23.78W/cm²、风速为5m/s时, TEC工作在16~48V电压值下, 热源表面温度最大降低5.4℃。实验研究同时显示, 传统液体散热系统对提升TEC能效比(COP)有较积极的作用。维持热源表面温度比环境温度高10℃、TEC输入电压4~48V、风速3~5m/s情况下, 最大能效比达3.5, 最大热流密度达到15W/cm²。     

THE EXERGETIC EFFICIENCY OF MSF PROCESS AND THE CONDITIONS OF DESALINATION BY WASTE HEAT

The exergy losses and thermodynamic efficiency of MSF plant with brine recirculation are discussed bymeans of temperature difference functions proposed by the auther.In a MSF plant,the irreversible losses are found mainly in irreversible heat-transfer and flash evaporationprocesses.However,the basic variables are the temperature drop from stage to stage and the temperaturedifferences between flashed vapor and cooling water.In this paper,the flash temperature difference func-tion,the heat transfer temperature difference function and the total temperature difference function are sug-gested.The proposed temperature difference functions of MSF plant provide a convenient tool to analyse theirreversible behavior and evaluate the exergetic efficiency of this system,because without such improvement thecalculation of the exergetic efficiency of a MSF plant according to the classical formula will be not onlyinconvenient but also insignificant.As a result of present analysis,the reasonable parameters based on theenergy consumption are easily chosen.The above-mentioned principles are confirmed by commercial plants and a pilot plant in Tianjin.