CO_2气体冷却器的性能模拟与优化计算

CO2气体冷却器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的气体冷却器,有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究。本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型,对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算,并与试验测试结果进行了比较,验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算,主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明,热重比随管径的增大而下降,随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素,CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。     

集成管箱型管壳式换热器的设计分析

空调热泵系统中所用的CO2跨临界循环管壳式换热器，管侧流动的是CO2工质，换热管的内侧压力相对较高，高压大约为10MPa；壳侧流动的是水，基本是常压。采用高温高压换热器需要按照压力容器设计标准，会使整个换热器设备较为笨重，并会造成系统设备成本提高。针对CO2跨临界循环的特定要求，设计出了耐高压防泄漏的集成管箱型换热器，在确保安全性的同时，使系统结构紧凑，技术难度降低，从而使成本得到有效控制，可以促使CO2跨临界循环更快的走向实际应用。文中还对换热器管路的安全性进行了分析，并给出了准确度较高的可用关联式来计算CO2流体在气体冷却器和蒸发器管内的换热系数。     

二氧化碳跨临界循环放热过程换热性能研究

二氧化碳跨临界循环放热过程处于超临界区，由于在准临界点附近CO2的热物理参数变化非常剧烈，超临界区流体的换热有别于传统制冷剂，气体冷却器的换热优劣对系统性能影响较大。为了能设计出高效的气体冷却器，应该对这一过程的换热性能作一全面了解。本文主要讨论了制冷剂CO2在气体冷却器中的换热特点，以及流体温度、高压侧压力、质量流速、热流密度、管径和含油量等因素对换热的影响，最后探讨了换热关联式和气体冷却器型式的研究进展。     

CO_2跨临界热泵系统的优化与实验研究

为了提高CO2跨临界循环的性能,对系统每个部件以及整个系统的优化研究是非常必要的.因此提出了以基于系统的优化目标函数对CO2换热器的结构敏感性进行优化计算,分析了优化目标函数COPm随气体冷却器和蒸发器管径和管长的变化.计算结果表明,CO2跨临界循环系统应选择小管径和长管长.同时对优化后的新系统进行了模拟计算,其COP和制冷量分别比原系统提高了15%和18%.根据优化结果以及原有系统存在的问题,对换热器及相关部件进行了设计加工,进而建立了新的CO2跨临界水水热泵实验系统.结果显示,新系统的COP和制冷量提高了30%左右.总之,实验测试数据验证了模拟计算结果的正确性,所得结果有助于对CO2跨临界水-水热泵系统进行改善.     

离心空气压缩机级间冷却器管束振动分析

级间冷却器采用管翅式换热器,是离心式压缩机主要配套设备。在运行过程中,管翅式换热器可能因振动导致管束损害,影响压缩机系统的性能。针对这一问题,建立了对完整管翅式换热器管束的谐响应分析方法。基于ANSYS有限元法,建立管翅式换热器的模型,对翅片进行简化,发现在每个换热区间的翅片简化到40层时,换热器固有频率趋于稳定。结合理论计算和Fluent仿真,求取了冷却器振动的激励载荷;获得了结构在指定频率时的响应量,找出了频率范围内的共振点,为管翅式换热器的设计与优化提供了理论依据。     

CO_2池沸腾换热关联式理论分析

总结了常见的池沸腾换热关联式。通过对池沸腾换热过程分析得出CO2在小热流密度和大热流密度范围下的一种分段的换热关联式。将新的拟合公式值和预测关联式值进行比较,得出CO2的拟合公式值与理论关联式及实验拟合关联式的预测值的偏差在±16%之内,具有一定的通用性。通过对CO2池沸腾换热过程的分析,得出池沸腾换热的影响因素及其变化规律,并总结了常用的强化池沸腾换热方法。     

小型CO_2制冷系统换热器的设计及应用

为了设计一套应用于展示柜的小型CO2制冷系统,利用整个系统的循环计算结果,得出系统换热器的负荷,以气体冷却器为例,进行了详细的理论计算。以理论计算的结果为依据,定制了一套气体冷却器、蒸发器及回热器,在相同的条件下,测试了本系统的性能,结果显示,系统能够满足要求,将本系统与R134a制冷系统进行对比,结果显示,本系统的性能更优,将本系统与国外同类产品进行对比,结果显示,本系统的性能稍差,测试结果表明了本系统的换热器理论设计完全可行。     

用于跨临界CO2汽车空调系统的板翅式内部换热器设计

介绍了跨临界CO2汽车空调用板翅式内部换热器的设计思路，并介绍了内部换热器计算所需的换热系数经验关联式，对换热器的安全性做了分析并通过了水压实验。     

超临界CO_2层积式微通道气体冷却器的研究

以自然工质CO2作为研究对象,对超临界CO2层积式微通道气体冷却器进行研究。在试验研究中,通过改变高压压力和冷却水流量,得到不同工况下的换热量与传热系数,发现换热量随水流量增加而增加,制热能效比(Coefficient of performance,COP)随冷却高压升高而降低。换热器总传热系数可以达到700 W/(m2?K),总换热量可达9 kW。理论分析得出了降低制冷剂测出口温度有利于提升水侧出口温度和COP,故利用有限体积法与TDMA方法结合编制模拟程序,选用合适的换热关联式对微通道气体冷却器进行优化。研究发现增加通道长、水侧水力直径和通道排数,减小通道间距,都能提高水的出水温度,并得到最优结构使出水温度达到60℃以上。     

跨临界CO_2热泵中间换热器对系统性能的影响研究

为了研究跨临界CO_2热泵系统中间换热器对系统的影响,采用基于Modelica语言的仿真平台Dymola,建立了跨临界CO_2热泵的系统模型。从系统COP、制热量、蒸发压力和温度、气体冷却器CO_2出口温度以及过热度等方面,着重分析了中间换热器的有/无对系统性能的影响。结果表明:有中间换热器的系统运行性能更好,运行也更加稳定。在规定工况下,有中间换热器比无中间换热器的系统最优COP要高1.6%,且最优排气压力降低5%;中间换热器有效地降低了蒸发压力,由于系统质量流量较小,系统换热更加充分,从而减小了气体冷却器出口CO_2与水的换热温差;同时,有中间换热器的系统,存在过热度,过热度对热泵性能有直接影响,可以使排气温度升高,压缩机出口焓值增大,制热量增大。对中间换热器的分析研究,可以更加系统地了解CO_2热泵运行节点参数,为系统以及各元件设计提供参考。     

超临界CO_2流体及其换热特性分析

对超临界CO2流体的换热处理原则、换热特点以及换热机理进行了分析,超临界CO2流体特殊的物性变化使得其传热与常规流体不同,应该按"变物性"来处理。通过物性分析比较,与常规工质的凝结换热性能进行了对比研究,超临界CO2具有良好的传热和流动特性,超临界CO2冷却过程换热与凝结换热性能相当。进而分析不凝性气体对超临界CO2的性质及换热性能的影响,其物性值会有所减小,换热性能也有所降低。     

CO_2热泵热水器的系统设计及试验研究

设计搭建了蒸发器和气冷器均采用套管式换热器的跨临界CO2热泵热水器性能测试试验台,在制冷剂充注量1.23kg时,通过调节膨胀阀的开度和控制气冷器的水流量来研究系统性能。结果表明:该机组能在较高COP(3.2)下制得65℃的热水,并可以在COP不低于2.0情况下制取80℃的热水;气冷器水流量对系统的COP、出水温度以及系统的排气压力影响最大;高效的换热器可以在压缩机排气温度一样的情况下提高出水温度,使系统在制取高温水时有更高的COP。     

新型叠片式油冷却器传热及综合性能的研究

探讨一种铝叠片和弓形折流板相结合的新型叠片式油冷却器,对其传热及综合性能进行了研究,并与螺纹管弓形折流板油冷却器进行了对比.试验结果表明,新型叠片式油冷却器热交换量较螺纹管弓形折流板油冷却器平均提高52.5％,单位压降热交换量较螺纹管弓形折流板油冷却器平均提高24.1％.在整体结构方面,其单位体积换热面积为螺纹管弓形折流板油冷却器的2.84倍,而材料总重量仅为螺纹管弓形折流板油冷却器的60.7％,说明新型叠片式油冷却器具有体积小、换热面积大、重量轻的优点;从经济效益角度看,新型叠片式油冷却器相比螺纹管弓形折流板油冷却器更加节省耗材成本,体现了新型换热器的高效性、紧凑性和节能性.     

螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热及压降性能试验研究

通过搭建试验测试平台测试了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳侧传热及压降性能,并与传统的折流板式油冷却器进行了性能对比。结果表明,螺旋扭曲膨胀管油冷却器传热和压降性能都优于传统折流板油冷却器;在相同的压降下,螺旋扭曲膨胀管油冷却器的壳程传热系数是传统折流板式油冷却器的2³倍,综合性能有明显的优越性。根据试验结果拟合出了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热系数和压降与壳程流速的关系式,为后续螺旋扭曲膨胀管油冷却器的推广应用提供参考。     

超临界压力下CO2流体的性质研究

为了全面了解CO2在气体冷却器中的流动及传热特性以及为设计高效气体冷却器提供理论基础,对超临界CO2流体的性质进行了深入的研究,在三维图上分析了温度和压力对超临界CO2热物理性质的影响,并对超临界CO2流体进行了微观分析.结果表明,CO2的比热、密度、导热系数以及粘度在准临界点附近的变化非常剧烈.针对CO2比热的变化特点,得到了准临界温度的计算关联式,并给出了准临界区定义.CO2的密度、导热系数以及粘度变化最大时的温度与准临界温度相当接近.微观分析表明,超临界CO2流体分子间的作用力比较小,分子在临界区附近的聚集行为特别显著,这可以用来解释近临界区CO2物性独特的原因所在.     

Theoretical and numerical analyses of a ceramic monolith heat exchanger

This study assessed the performance of a ceramic monolith heat exchanger, estimating heat transfer and pressure drop by numerical computation and the ε-NTU method. A heat exchanger consists of rectangular ducts for exhaust gas, a ceramic core, and rectangular ducts for air and exhaust gases, as well as air in the cross-flow direction. The numerical computations were performed for the whole domain, including the exhaust gas, ceramic core, and air. In addition, the heat exchanger was examined using a conventional ε-NTU method with several Nusselt number correlations from the literature to characterize the flow in the rectangular duct. The results of these numerical computation analyses demonstrated that the effectiveness of the heat exchanger, as demonstrated using the ε-NTU method with Stephan’s Nusselt number correlation, came closest to the results of computation with a relative error of 2%. The air-side pressure drops indicated by the results of numerical computation were 13–22% higher than those calculated using the head loss equation with the inclusion of a friction factor that was obtained from previous experiments examining heat transfer conditions.