空分系统空气压缩余热自利用性能优化研究

为探究大规模空分系统中空压机余热利用的可行方法,提出利用压缩余热驱动有机朗肯-蒸汽压缩制冷耦合循环,所得制冷量用于空压机入口空气冷却,从而提高压缩系统效率,实现空压机余热自利用和压缩过程自增效的目的。以6万空分规模中空压系统的余热回收为例,利用MATLAB对该余热自利用系统进行了热力学建模;进一步,以系统经济性最大化为目标,针对典型湿度地区的运行工况采用萤火虫算法对主要蒸发器换热面积进行优化。结果表明,在入口空气相对湿度为70%和30%时,该多级空压余热自利用系统的节能率分别可达到4.6%和4.2%,回收周期分别为4.4年和5.5年,系统显示出较好的节能效果和较高的经济价值。     

微肋表面强化液氮温区冷凝传热特性的数值模拟研究

开展了微肋表面强化氮蒸气凝结传热的机理研究,基于CFD数值方法建立了竖直方向平板和微肋板上氮蒸气冷凝的三维数值模型,对比分析了平板表面和微肋表面的冷凝换热效果,通过表面冷凝的液膜分布和速度分布等内在参数揭示平板和微肋表面的冷凝换热机理。结果表明,氮的冷凝传热性能在微肋表面上得到显著提升,在1.5 K的冷凝传热温差下,其平均传热系数提高1.6倍,初步揭示了微肋表面(肋高H=0.6 mm、节距p=1 mm)对强化氮冷凝的有效性。分析显示,微肋的弯曲结构改变了液膜的空间分布,通过减薄局部液膜厚度实现了冷凝的强化。     

多级矩阵结构冷却除湿器的除湿性能研究

为了降低空分系统压缩机功耗,提高压缩机运行可靠性,本文提出一种用于压缩机进气除湿的多级矩阵结构的冷却除湿器,并搭建了多级冷却除湿实验台,测试了除湿器的除湿性能。实验结果表明,在进口空气含湿量和温度固定为11.7 g/(kg干空气)和24.4 ℃时,当空气质量流量由0.48 kg/s增至0.78 kg/s,空气出口含湿量由7.1 g/(kg干空气)增至7.7 g/(kg干空气);在进口空气质量流量和温度固定为0.53 kg/s和25.2 ℃时,当冷却水温度由6.9 ℃升至11.9 ℃,空气出口含湿量由7.1 g/(kg干空气)增至9.4 g/(kg干空气)。同时,建立了除湿器内部传热传质过程的稳态数值模型,将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,该模型对于除湿器出口空气含湿量和温度的平均误差分别为8.6%和2.1%,显示出较好的可靠性。进一步模拟研究了多级矩阵结构与单级叉流结构冷却除湿器的除湿性能,发现采用多级结构可以有效提高除湿效率,在进口空气流量和冷却水质量流量分别为0.53 kg/s和0.3 kg/s时,多级结构的除湿量可以提高4.3%,除湿效率可以提高2.5%;通过增加填料模块的长度,可以提高除湿效率。当长方体填料模块体积固定为0.054 m3,模块长度由0.14 m增至0.28 m时,传质系数可由4.3 g/(m2?s)增至6.5 g/(m2?s),除湿效率由66.4%升至79.2%。     

DC流对液氦温区斯特林型脉管制冷机的影响

理论研究表明DC流(Direct Current flow)存在于大多数双向进气结构的脉管制冷机中。开展了10 K以下多级斯特林脉管的实验研究,考察了在液氦温区斯特林脉管内直流流动对制冷机性能影响的规律。在采用双向进气结构对DC流流向及流量适当控制时,制冷机性能得到明显提升,在8—7 K温区适当的DC流下冷端由7.42 K降低至7.16 K。     

混合工质预冷氢液化流程设计与能效分析北大核心CSCD

提出了一种由混合工质预冷的改进型氢Claude液化循环。通过化工流程模拟软件对该液化循环进行稳态模拟,并对液化系统进行了分析。300 K、0.15 MPa的氢气经压缩机压缩至2.1 MPa,由混合工质预冷循环逐级冷却至118 K,并进一步由氢克劳德循环逐级冷却并液化,得到仲氢含量为98.5%的液氢产品。该流程的液氢产率为7.25 t/d,总比能耗为6.565 kWh/kg LH_(2),系统总的效率为48.99%。     

基于传输管容抗调节的压缩机与冷头匹配研究

通过在脉管制冷机传输管两侧增加并联气库实现传输管体积的调节,仅通过容抗调节进行压缩机与冷头的阻抗匹配优化,提高脉管制冷机整机效率。实验证明,气库型传输管相比于利用综合阻抗调节的传统细长型传输管具有相同的阻抗匹配优化效果。该方法采用长径比较小的气库型传输管,引入的体积流阻抗很小,可以极大减少声功的传输损失。气库型传输管的阻抗特性与布置方式无关,可充分利用压缩机周边的空间,更易于安装和调试,使整机结构更加紧凑。     

低温储罐大流量回液冲击液面过程的数值模拟研究北大核心CSCD

针对某3000 m^(3)液氮储罐在2000 m^(3)/h的大流量回液与排液工况,建立了该储罐及其排液管路的计算流体力学(CFD)模型,着重分析了液氮回液冲击液面过程中的复杂气液界面演变与液体流动情况,并研究了防涡板和回液分流斗对液面波动的抑制作用。结果表明,大流量回液冲击液面过程易产生液面凹陷,若低于临界液位高度则导致排液中夹带气体。对临界液位高度影响因素的分析表明,设置防涡结构和削弱回液冲击是降低临界液位高度的主要优化方向。采用分流斗和防涡板结构可分别削弱回液冲击并抑制液面波动,最终可将临界液位高度降低到0.6 m以下。     

20K以下温区斯特林型脉管制冷机的最新研究进展与损失机理分析

系统介绍了20 K以下温区斯特林型脉管制冷机的最新研究进展,指出了多级斯特林型脉管制冷机的应用前景与发展趋势.深入分析了多级斯特林型脉管制冷机20 K以下温区的主要损失特性,以及其难以达到更低制冷温度和更高制冷效率的内在原因,着重说明进一步提高高频回热器效率、发展高效线性压缩机技术是实现突破的关键.     

基于氮制冷循环预冷的氢液化流程研究北大核心CSCD

为寻求简单可靠的预冷方法作为氢液化高能耗替代,提出一种基于氮气逆布雷顿循环预冷的氢液化流程,相比于混合工质预冷循环,该流程结构简单,成本较低,适用于中小型氢液化系统。利用MATLAB软件建立了该流程的热力学模型,并利用Globalsearch求解器进行了优化分析;经对各种预冷方式的计算比较,氮气循环的能耗(2.68 kWh/kg)介于混合工质及液氮预冷之间,但其总热流比混合工质预冷更少。通过进行优化计算,该流程在传统液化系统的基础上能耗显著降低,能够达到8.33 kWh/kg。