CO2跨临界循环系统性能影响的研究进展

CO_2因其优良性质被认为是最具有潜力的长期热泵替代工质。然而,实际应用中CO_2循环系统大多采用跨临界循环,其高压侧压力比常规系统要高很多。为了解决这一问题,一些学者尝试将性能优异的冷媒与CO_2组成混合制冷工质应用于CO_2跨临界循环系统中。从国内外CO_2跨临界系统的研究及应用现状出发,总结了当前典型的CO_2混合工质跨临界制冷循环系统,并概述了不同种类添加剂对CO_2热泵系统性能的影响,为CO_2跨临界系统的进一步研究和应用提供了参考和依据。     

双温低品位热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统的性能

在能量梯级利用的基础上,建立了双温热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统,针对该系统的特点构建了相应数学模型,分析了各关键参数对系统性能的影响.结果表明,在一定条件下,与使用相同工质对的传统吸收制冷循环相比,本工作提出的系统性能系数(COP)最高增加50%.     

低温节流制冷系统中混合工质的研究进展

低温节流制冷系统早期主要应用在红外探测、医疗冷冻等领域,近年来,随着节流制冷系统在低温应用上的广泛,更加高效的混合工质被用来在低压比下获得较低的温度、较大的制冷量。文章从混合工质在低温节流制冷系统中各工质组分的制冷特性,采用实验的方法优化混合工质的配比、利用模型算法优化工质配比,以及混合工质在低温节流制冷系统中的生产应用4个方面简述了近20年来低温节流制冷系统中混合工质的发展状况。最后结合最新技术进展对今后的发展趋势进行了展望。     

考虑环境影响的ORC系统综合评价指标及性能分析

为综合评价有机朗肯循环(ORC)系统的热经济和环保性能,采用(火用)参数量化工质的环境影响,提出了结合工质环境影响和循环热经济性能的综合评价指标"综合环境影响(火用)效率",在150℃的低温热源条件下,对考虑工质环境影响的亚临界有机朗肯循环和跨临界有机朗肯循环的系统性能进行了分析对比,结果表明,综合考虑循环热经济性能和工质环境影响因素时,R123和R32分别为亚临界有机朗肯循环系统和跨临界朗肯循环系统的最佳工质;跨临界ORC系统循环净输出功率要高于亚临界ORC系统,但是跨临界ORC系统较高的循环蒸发压力会引起工质泄漏量的增加,进而造成综合环境影响(火用)效率并不高,所以综合考虑环保和循环性能时,亚临界ORC系统是较好的选择.     

CO_2二元混合物压缩/引射制冷循环性能研究

引入CO_2混合物以及利用压缩/引射制冷循环,能有效提高其系统循环效率。建立了两相流引射器系统,采用均相流的索科洛夫理论、Eames等理论及热力学方法中两相流引射器模型进行分析,通过与文献中的实验结果对比,确定热力学方法在两相流引射器的设计计算中较为接近实际。基于热力学方法对CO_2/R32(质量比40/60)、CO_2/R41(质量比20/80)两类二元非共沸混合工质压缩/引射制冷循环系统的效率进行分析,发现带引射器比不带引射器时效率分别提高了30%和20%,而且通过引入混合物改善物性后的系统效率可以比纯工质CO_2系统效率提高50%以上,同时证明了CO_2/R32的效果要好于CO_2/R41。     

两级分凝自复叠制冷系统特性

以两级分凝自复叠制冷系统为研究对象,分析了三元混合工质空间和平面汽液平衡特性,对三元混合工质的组分变化规律及运行特性进行了理论研究。应用混合工质物性分析软件Refprop 8.0根据冷凝蒸发器冷量平衡特性讨论了混合工质组分比例,得到比较合理的配比组成65/20/15。通过5个平面压焓图的空间变化关系分析了自复叠制冷系统工质分离、混合和运行特性。根据实验研究,循环系统高低压旁通和相分离器出口气体旁通可有效改善压缩机启动初期系统压力和温度过高的问题。对系统各级节流降温过程进行了分析,并对压缩机的吸排气温度和蒸发温度进行了研究。     

气冷器出口状态对跨临界CO2热泵系统性能影响的研究

跨临界CO_2热泵因其出色的环保性和节能性在近年来得到了国内外的广泛关注。由于CO_2工质特性的影响,工质的气冷器出口状态对系统性能的影响很大。针对带回热器的空气源跨临界CO_2热泵热水系统,通过调节节流阀开度来改变压缩机排气压力,对工质气冷器出口状态的变化规律及其对系统产生的影响进行了实验研究。结果表明:在一定的排气压力范围内,气冷器工质出口温度先短暂升高,然后快速下降,最终趋于稳定。受到气冷器工质出口状态变化的影响,系统制热性能系数(COP)存在最优值。当气冷器工质出口温度接近进水温度后,系统达到最大制热量。此外,控制适宜的气冷器工质出口温度可以使系统的COP和制热量均取得较大值。研究结果对带回热器的跨临界CO_2热泵系统的设计和深入研究具有参考意义。     

混合工质林德节流制冷技术的发展分析

单工质单级蒸汽压缩式制冷循环是目前最成熟的制冷技术,但在低温温区（?40℃以下）具有一定局限性,而混合工质节流制冷技术能够适应不同温区,特别在深低温区极具研究价值。本文介绍了共沸、近共沸及非共沸混合物制冷剂的原理及特点。研究发现,共沸和近共沸混合工质制冷剂与单工质具有相似的性质;单级压缩混合工质制冷机依靠非共沸混合制冷剂的高度温变相变特性实现深度制冷。阐述了一种混合工质林德循环系统（LHR）的国内外发展历史和研究现状,指出LHR经历了开式循环、多级压缩闭式和单级压缩闭式循环3个发展阶段。最后结合混合工质林德循环系统实验,提出了增加风冷预冷器、回热器发泡保温等改进措施及研究优化重点,包括混合工质组分及最佳配比、热物性计算、换热器保温等方面的优化。     

EOS+γ法预测CO_2-[emim] [Tf_2N]超额吉布斯自由能及超额焓

为改善CO_2-离子液体(ILs)制冷吸收体系热力学性质参数报道数据较少的缺陷,选择使用Soave(SRK)方程,Wong-Sandler(WS)混合法则和通用化学活度系数(UNIQUAC)模型对新型制冷吸收工质对CO_2结合1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(CO_2-[emim][Tf_2N])体系的相平衡数据进行关联,可得CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的超额吉布斯自由能(G~E)、超额焓(H~E)等热力学性质。结果表明:CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的G~E和H~E均受温度、压力和CO_2液相摩尔分数的影响,G~E的变化范围为-878.774—-260.195 J/mol,H~E的变化范围为-296.532—-26.494 5 J/mol,由G~E,H~E均为负值可知混合过程放热,符合热力学变化规律,由此可知CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系具有成为吸收制冷循环新工质的基本特征,为CO_2-[emim][Tf_2N]用于吸收式制冷体系提供了依据。     

基于中高温烟气余热利用复合循环优化研究

鉴于水工质朗肯循环(H_2O-RC)应用于中高温(500—700℃)烟气余热动力回收过程中存在的不足,提出2种复合循环:CO_2超临界循环(CO_2-SC)/有机工质跨临界循环(OTC),和空气布雷顿循环(Air-BC)/有机工质跨临界循环(OTC)。开展了以循环净输出功率为目标函数,以顶循环膨胀初压、终压和底循环膨胀初压、初温为优化变量的优化对比研究,得到了各循环参数对复合循环热力学性能的影响规律。结果表明:当烟气温度为500℃和600℃时,CO_2-SC/OTC热力学性能最优;当烟气温度为700℃时,H_2O-RC热力学性能反超复合循环,存在最大的净输出功率;基于500—700℃烟气余热动力利用,CO_2-SC/OTC热力学性能整体上优于Air-BC/OTC。     

CO2/HCs混合工质亚临界与跨临界循环的性能分析

为了研究CO₂/HCs混合工质应用于热泵系统的性能，建立单级带节流阀亚临界循环和跨临界循环数学模型，分析了CO₂/R170,CO₂/R1270,CO₂/R290,CO₂/RC270 4种混合工质的特性、不同混合工质配比对循环制冷系数COP和高压压力的影响，以及蒸发温度和冷凝温度对循环性能的影响。结果表明：在亚临界循环中，性能最好的是CO₂/RC270,COP_c峰值为2.92,COP_h峰值为3.92,质量比在0.1/0.9左右，COP_c和COP_h分别比其他2种工质高出了9%、26%和7.1%、18%。在跨临界循环中，CO₂/R1270当质量比为0.96/0.04时，COP_c最大值为3.2,COP_h最大值为4.2; CO₂/R290能有效降低高压压力，当循环的高压压力在7.5 MPa下时...     

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。     

低温余热驱动的ORC-VCR系统性能分析

建立低温余热驱动的有机朗肯循环耦合蒸汽压缩制冷循环系统(ORC-VCR)模型,为获取最高总系统制冷系数,在固定冷凝器露点温度及发生器和蒸发器泡点温度的条件下,对6种纯工质(R245fa,R227ea,R600,R600a,R1234yf,R134a)及2种非共沸混合工质(R227ea/R600a,R245fa/R600)的热力循环特性进行分析;同时分析了发生温度、冷凝温度及蒸发温度对子系统工质质量流量比及总系统制冷系数的影响。结果表明:在相同操作条件下,非共沸混合工质的总系统制冷系数优于纯工质。非共沸混合工质在某一组成下,滑移温度和总系统制冷系数均达到最高。在其他温度条件不变时,纯工质及非共沸混合工质的子系统工质质量流量比及总系统制冷系数均会随着发生温度及蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小。     

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?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。     

N_2O跨临界二级蒸气压缩制冷循环及回热特性

为解决CO2跨临界循环能效低、排气压力高的问题,将天然工质N2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO2和N2O用于二级蒸气压缩跨临界循环的性能,并分析了回热效率对于CO2和N2O系统能效Ccop和最优高压侧排气压力的影响。结果表明:N2O用于二级蒸气压缩跨临界制冷循环中的综合性能要优于CO2,在所选定的工况范围内,N2O的Ccop值比CO2最多提高13.3%,最优高压侧排气压力最多降低17.7%。回热效率对于CO2和N2O系统的最优高压侧排气压力几乎没有影响,回热循环对于CO2二级压缩跨临界系统的能效提升更为有利。     

烟气余热驱动的CO_2超临界循环优化及分析

文章着眼于初温为600℃的烟气余热回收再利用,以热稳定性良好的CO_2为工质并结合烟气热源的特点,针对CO_2超临界循环(S-CO_2)放热平均温度过高的缺点,在不影响循环吸热量的条件下,提出了改进型过膨胀CO_2超临界循环(SO-CO_2)以及SO-CO_2和有机跨临界循环(OTC)的复合循环(SO-CO_2/OTC)。对2类循环以单位质量流量烟气的循环净输出功W_(net)和系统回收率η_(rec)最大为目标,分别进行了热力学参数优化,并与传统蒸汽朗肯循环相比较。结果表明:以苯为工质的SO-CO_2/OTC热力学性能最优(W_(net)=203.15 k W,η_(rec)=37.06%),SO-CO_2(W_(net)=152.07 k W,η_(rec)=28.01%)相比于S-CO_2(W_(net)=117.11 k W,η_(rec)=21.37%),热力学性能有了较大的提升,但仍不如传统蒸汽朗肯循环(W_(net)=169.21k W,η_(rec)=30.87%)。     

CO_2-[emim][Tf_2N]的汽液相平衡实验研究

针对氨系、水系等传统吸收式制冷工质对存在腐蚀性强、制冷量小的缺点,自行设计搭建用于测量CO_2-[emim][Tf_2N]汽液相平衡的实验台,在温度范围263. 15～358. 15 K、压力范围0. 17～2. 45 MPa条件下,测定了CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的相平衡数据。结果表明,CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的溶解度可达到0. 535,为CO_2-[emim][Tf_2N]在吸收式制冷系统中的应用奠定了基础数据。     

CO_2-[emim][Tf_2N]的汽液相平衡实验研究

针对氨系、水系等传统吸收式制冷工质对存在腐蚀性强、制冷量小的缺点,自行设计搭建用于测量CO_2-[emim][Tf_2N]汽液相平衡的实验台,在温度范围263. 15～358. 15 K、压力范围0. 17～2. 45 MPa条件下,测定了CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的相平衡数据。结果表明,CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的溶解度可达到0. 535,为CO_2-[emim][Tf_2N]在吸收式制冷系统中的应用奠定了基础数据。     

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。     

C02充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响

试验研究了CO2充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响．研究表明：CO2充注量对跨临界制冷系统的性能影响很大，存在一个最佳的CO2充注量，此时COP最大；CO2充注量不足，会导致制冷量和COP降低，COz充注量过多，会导致压缩机耗功大幅度上升；制冷循环随CO2充注量的不同，具有6个特征明显的工作循环．根据这些表现特征，提出了用4个参数作为判断CO2充注量是否合适的特征参数．为确定跨临界制冷系统的最佳充注量、对系统进行优化设计和高效运行控制提供了参考．