跨临界CO2热泵系统性能研究

建立了跨临界CO_2热泵热水系统及其主要部件的数学模型并进行了模拟,利用自行搭建的跨临界CO_2热泵实验台进行了相关的实验研究。分析比较了气冷器的出口水温、气冷器的制热量与系统COP_h值(跨临界CO_2热泵系统)的仿真值与实验值,结果表明实验值与仿真值较为吻合,建立的系统模型准确性较高。利用仿真与实验的手段,研究了不同的冷却水流量和冷却水温度对跨临界CO_2热泵系统的性能影响。研究结果表明:系统运行时外部参数冷却水温度和流量及蒸发温度的变化将引起系统性能参数(制热量Q、系统COP_h值)变化,尤其是气冷器进口水温对系统性能的影响最大,为了保证气冷器中CO_2工质实现跨临界循环,降低气冷器进口水温是关键因素。     

环保型CO2热泵系统的理论分析与性能测试

由于CFCs和HCFCs等人工合成制冷剂对环境产生不利影响,CO2作为自然工质得到了日益重视.CO2的临界温度为31℃,一般采用跨临界循环方式,但其循环性能低于合成工质.对跨临界CO2热泵系统性能进行的热力学分析和实验测试表明:当气体冷却器出口温度一定时,跨临界CO2热泵循环存在一个最优运行压力;在相同工况下,随着蒸发温度的升高,系统的性能系数逐渐增大:气体冷却器出口温度越低,整个系统运行的效率越高.因此,在跨临界CO2热泵系统设计和运行过程中,应综合考虑蒸发温度、气体冷却器出口温度以及运行压力的影响,使系统性能最优.     

采用双节流装置的CO2引射制冷系统的变工况性能实验研究

对采用双节流装置的跨临界CO_2引射制冷循环系统在不同工况下的性能进行了实验研究,比较了影响引射器性能和系统COP的因素。实验结果表明,在固定引射器几何尺寸的条件下,气体冷却器出口压力为8.5MPa、蒸发温度为-5和-1℃时,引射比随气冷器出口温度的增大而逐渐增大,系统COP则呈下降趋势;当气冷器出口温度为41℃、蒸发温度为-5℃时,工作流体、引射流体质量流量及引射比均随着气冷器出口压力的增大而出现不同程度的增加,系统COP则呈下降趋势。在相同工况条件下,采用两段式喷嘴引射器的双节流跨临界CO_2制冷系统的COP整体上大于传统带有膨胀阀的跨临界CO_2制冷系统的COP。     

CO2跨临界冷热联供循环性能分析

以CO2跨临界循环冷热联供系统为研究对象,通过理论计算分析了传热窄点温差约束下系统供热温度、供冷温度、制热系数（COPh）和制冷系数（COPc）随压缩机排气压强、气体冷却器出口工质温度和蒸发温度的变化规律。结果表明：供热温度随压缩机排气压强和气体冷却器出口工质温度的提高而升高,随蒸发温度的提高而降低;供冷温度只随蒸发温度变化;COPh和COPc随气体冷却器出口工质温度的提高而减小,随蒸发温度的提高而增大;当气体冷却器出口工质温度为30~40 ℃时,随压缩机排气压强的增大,COP减小,当气体冷却器出口工质温度为45 ℃时,COP先增大后减小;在考察工况下,当蒸发温度为-25 ℃、气体冷却器出口温度为45 ℃时,循环系统在压缩机排气压强为14 MPa可以达到最大供热温度120.65 ℃、最低供冷温度-15 ℃,此时系统COP为2.94。     

三种CO2跨临界制冷循环热力分析

通过建立热力学模型,对三种不同的CO_2跨临界制冷循环进行研究,系统地分析了排气压力、气冷器出口温度、蒸发温度等参数对循环系统性能的影响。研究结果表明:三种循环的COP都随排气压力升高先增后减,随气冷器出口温度升高而减小,随蒸发温度升高而增大;通过单级压缩循环与两级压缩循环的COP对比,可以发现相同条件下,CO_2两级压缩循环的COP比单级压缩循环高;对两种两级压缩循环进行对比,可以发现带闪蒸器的制冷循环系统的COP高于带中冷器的制冷循环系统的COP。     

CO_2跨临界热泵和加热炉冷却循环耦合系统性能分析

提出跨临界CO2热泵和朗肯循环耦合实现加热炉的余热回收。基于热力学研究方法,分别对影响耦合循环效率和CO2跨临界热泵性能的关键参数进行了研究。随着热泵性能COP的提高,耦合循环的效率提高。当热泵性能超过限定值后,压缩机耗功比值越大,耦合循环效率越低。排气压力范围内,热泵性能和耦合循环效率均有极值。给定条件下最优排气压力为8.5 MPa,热泵性能COP为4.2,耦合循环效率为0.35。蒸发温度提高或冷凝温度降低,均有利于热泵性能和耦合循环效率的提高。此研究为回收加热炉余热和提高电厂效率提供理论基础。     

二氧化碳热泵热水器系统运行特性

二氧化碳因其具有良好的环境性能及其在跨临界循环运行下所具有的独特热力学优势,一直是制冷、空调、热泵行业的研究热点。为了研究二氧化碳跨临界循环热泵热水器的系统运行特性,项目组设计并搭建了水源型二氧化碳热泵热水器测试系统,测试了在不同气冷器进、出水温度,不同蒸发器进水温度及不同电子膨胀阀开度下,系统运行时性能系数(COP)、制热量及制冷量的变化值,初步掌握了二氧化碳跨临界循环热泵热水器系统的运行特性。     

CO_2热泵干燥的运行工况分析

在对CO2跨临界循环进行热力学研究的基础上,运用EES软件对CO2热泵干燥系统进行仿真模拟。结果表明:随着蒸发温度的上升,系统的COP和SMER上升,但压缩机排气温度下降;随着压缩机排气压力的上升,系统的COP和SMER下降,压缩机排气温度上升。因此,为了保证热泵干燥系统正常工作,应当保证系统运行参数维持在以下范围内:蒸发温度存在一个上限,而且在满足干燥过程正常运行所需要的压缩机排气温度前提下,应当尽量降低压缩机的排气压力。     

应用于溶液除湿空调中跨临界CO_2循环热泵的性能优化分析

介绍CO_2跨临界循环与溶液除湿一体化空调系统的运行原理,确定应用于溶液除湿空调的CO_2跨临界循环的温度及压力范围,建立循环性能分析模型。以1 kg/s制冷剂流量为基准,用经过验证的Coolpack软件对系统进行模拟优化分析研究,分析跨临界CO_2循环不同蒸发温度、冷却器出口温度以及压缩机排气压力对系统COP的影响,为跨临界CO_2循环热泵在溶液除湿空调中的应用提供理论支持。     

直膨式跨临界CO2热泵地板辐射采暖的可行性分析

文中介绍了直膨式跨临界CO2热泵的工作原理,通过分析CO2制冷剂的换热特性、对比不同工况下CO2与传统工质热泵的性能来验证直膨式跨临界CO2热泵用于地板辐射采暖的可行性,并对不同负荷下的供热调节方式进行了计算分析。结果表明：直膨式跨临界CO2热泵地板辐射采暖在系统COPh、运行稳定性、经济性等方面都优于传统工质热泵,并且适宜用于室外温度较低的地区冬季采暖。     

太阳能热泵联合风电蓄热供暖系统优化研究

设计一种太阳能热泵联合风电蓄热系统,并建立系统动态模型。为获得最大太阳辐照量和最小生命周期成本,使用4种不同优化算法对集热器倾角（CTA）、集热器方位角（CAA）、集热器面积（CA）、水箱容积（TV1、TV2）、热泵功率（HP1、HP2）和电锅炉功率（BP）等关键参数进行优化。以乌鲁木齐某单位行政楼的供暖系统为对象进行算例分析。结果表明:Hooke-Jeeves方法优化效果最佳,CTA为(φ-6°)（φ为当地纬度）、CAA为(α-2.5°)（α=0°为正南朝向）时,可使系统获得最大采暖季辐照量;TV2/BP为69.8 L/kW,TV1/CA为86.4 L/m²,（HP1+HP2）/CA为125.6 W/m²,系统生命周期成本最低,相比优化前,参数优化后的系统生命周期成本节省11.8%。     

基于水蒸气工质新型压缩-吸收式热泵循环性能分析

针对常规热泵在工业余热利用领域应用温度范围受限的技术难题,该文对一种压缩-吸收式耦合热泵系统在大温升工况下制取约130 ℃热水或蒸汽开展研究。首先介绍耦合热泵循环的运行原理,构建耦合热泵的完整热力学模型,通过EES软件最优化函数计算发现吸收侧压力越低,循环性能系数（COP）越好,同时在溶液热交换器出口浓溶液温度高于结晶温度10 ℃及溶液放汽范围为5.0%~5.5%的约束条件下,以某工业余热回收工况为设计工况,其中余热热水进/出口温度为90/75 ℃,余热水流量为30 kg/s,高温热水进/出口温度为100/125 ℃,吸收与发生侧最优压力值分别为40和2.2 kPa,对应耦合热泵的COP为9.8。同理分析了不同余热热水出口温度及高温热水出口温度变化工况下系统的循环性能,验证了该循环在高制热温度下仍具有较好的性能系数。     

硫氧镁水泥固化沿海风电场滩涂软土加固机理及微观特性分析

沿海风电场滩涂软土含水率高,压缩性大,必须对其加固才能进行风电基础施工。为研究硫氧镁水泥固化滩涂软土的加固机理及微观特性,开展了硫氧镁水泥复合固化剂加固滩涂软土的XRD试验以及不同初始含水量（w）、固化剂掺量（Wg）和龄期（T）下固化滩涂软土的扫描电镜（SEM）试验,利用图像处理技术研究固化滩涂软土微观孔隙、微观颗粒形态以及接触面积率（RCA）受Wg、w和T影响的规律。研究结果发现,固化滩涂软土主要由石英、5Mg（OH）₂·MgSO₄·7H₂O相（简称5·1·7相）、白云石、叶腊石、M-F-A-S凝胶相以及少许CaO和MgO构成,固化机理包括改性硫氧镁水泥的水解和水化反应、离子交换及填充作用和碳酸化作用,固化滩涂软土微观孔隙可分为凝胶、接触和骨架3种类型,固体颗粒呈叶片状、颗粒状和凝块状3种形态。微观结构参数（RCA）与宏观力学参数,即初始切线模量Ei和强度指标（c和φ）均随w的增加而减小,随着Wg和T的增加而增大。最后建立了固化滩涂软土的RCA与Ei、c、φ之间的函数关系。     

Spar型浮式风力机涡激运动特性及其抑制研究

为减轻涡激运动对系泊结构的疲劳破坏,提出一种波纹柱体结构,探讨其涡激运动特性及抑制机理。结构与流体的非线性耦合作用通过用户自定义函数（UDF）和动网格技术实现,运动微分方程采用四阶龙格-库塔法求解。研究发现,波纹柱体与裸圆柱结构的涡激运动特性明显不同。裸圆柱随折合速度的增加呈明显的锁定特性,而波纹柱体结构的涡激响应特性与波纹高度Hw/D相关。当波纹高度Hw/D=0.01和0.05时亦会发生锁定现象,但锁定区间较裸圆柱小,当波纹高度Hw/D=0.02~0.04时结构不再发生锁定问题。结果表明,波纹结构对柱体的涡激运动有明显抑制作用。     

3种再分析资料在太阳能资源评估中的适用性

基于1979—2019年中国53站逐月水平面总辐射（GHI）观测资料,采用REOF方法将中国GHI划分为北方地区、西南地区、长江中下游地区和东南地区4个区域,从太阳能资源的角度,对比NCEP/DOE、JRA55和ERA5大气再分析GHI资料与地面观测资料差异。结果表明：3种大气再分析GHI资料整体较地面观测偏大,均方根偏差和相对偏差最大的区域均位于30°N附近,年际变化一致性均为东南部优于西北部;ERA5数据在均方根偏差、相对偏差、年际变化规律以及空间分辨率等方面均优于NCEP/DOE和JRA55;1979—2019年期间,3种大气再分析资料与地面观测数据的差异呈减小趋势,其中JRA55和ERA5资料在各区域与观测之间的偏差减小趋势显著;太阳能资源稳定度方面,3种大气再分析资料在北方地区与观测接近,南方地区JRA55以偏高为主,NCEP/DOE和ERA5以偏低为主。     

不同温差发电循环流程系统的热经济分析

采用模拟的方法,对朗肯循环、卡琳娜循环和上原循环建模,在不同热源温度环境下,分析不同循环流程热效率η和平准化度电成本C_LCOE的差异;同时,通过对循环蒸发温度和透平入口压力进行分析,探究其在不同循环流程中对热经济性能的影响。研究结果表明,卡琳娜循环在各热源温度下均有较高的热效率,但经济指标表现不佳;低温热源环境,纯氨工质朗肯循环在同等条件下C_LCOE最低,在设计时,朗肯循环应选用饱和蒸汽状态,尽可能增加透平入口压力,减小蒸发过热度;高温热源环境,上原循环C_LCOE最低,卡琳娜循环和上原循环C_LCOE极小值与热效率极大值对应的透平入口压力存在偏差,按最小C_LCOE标准可获得更高的发电量和更低的设备成本。因此,在流程设计时,需考虑不同循环在各热源环境中的热经济性能。     

黄海海域风电工程软弱海床强度CPTU原位解译方法

孔压静力触探试验（CPTU）是目前中国海上风电场工程勘察中应用最多的原位测试方法之一,其缺点在于土体参数无法直接获取,需要通过解译获得,而不同地区的解译参数存在场地特异性。该文依托黄海海域江苏某海上风电工程,开展室内三轴UU、固结快剪、三轴CU试验和原位CPTU,得到江苏海域的黏性土强度随深度的关系,可用于江苏海域黏性土强度的快速评估。基于修正剑桥模型和三轴CU试验得到江苏海域黏性土强度的理论计算公式。基于固结快剪和三轴试验结果得到江苏海域不同黏性土层强度的CPTU解译参数Nkt值的范围分别为11.93～19.99和8.45～16.68,建议采用固结快剪标定得到的Nkt总平均值14.44作为黏性土最优强度（中值）的解译参数。最终建立CPTU孔压比Bq和Nkt的关系,采用建立的Nkt与Bq的关系可较好解译黄海海域黏性土的不排水抗剪强度su,通过标定建立Nkt-Bq关系的方法也可应用于其他海洋岩土工程项目中。     

涡流发生器安装参数对风力机翼段动态失速影响

基于k-ωSST湍流模型,对安装不同间距z和安装角α_vg涡流发生器(VGs)的DU91-W2-250风力机翼段的动态失速过程进行数值研究。翼段做典型的正弦俯仰振荡运动,探究该过程中VGs安装参数对风力机翼段流动控制效果的影响。研究结果表明：改变z对气动影响非常小,改变α_vg的影响较大;当z=6～8 mm,α_vg=13.4°～16.4°时VGs改善翼段气动性能的效果较好;流向涡强度是影响VGs流动控制效果的一个主要因素。     

双面p型PERC太阳电池的紫外衰减特性研究及电池紫外稳定性优化

以不同掺杂元素的高效双面p型PERC电池电性能参数在紫外辐照后的衰减特性为研究对象。硼元素掺杂和镓元素掺杂的双面PERC电池背面受紫外光辐照后,背面、正面效率均发生衰减,但两者背面效率衰减主要来自于Isc衰减,而正面效率衰减主要来自于FF衰减,Uoc在整个紫外辐照过程中表现稳定,背面衰减与紫外辐照后钝化层的折射率增大有关,而正面衰减可能与电池串阻增大有关。通过增加电池背面钝化层厚度优化紫外稳定的镓掺杂双面电池的紫外稳定性。优化后的电池在15 kWh/m²紫外辐照后,电池背面效率衰减仅为0.04%,同时其正面效率衰减相比于未加厚的电池下降0.32%,说明这种镓掺杂双面电池在户外光照下高稳定的潜力。     

风速分布差异对永磁风力发电机组故障特性的影响分析

为了更有效地辨识永磁风力发电机组的故障特征,从叶轮扫掠面内的实际风况出发,综合考虑风剪切、塔影效应产生的风速时空分布差异,并研究该差异对永磁风力发电机组故障特征的影响。首先介绍考虑风速时空分布差异后的风速模型（等效风速模型）,然后基于该模型对永磁风力发电机组常见的电气和机械故障特性进行理论分析,分别推导得出考虑风速时空分布后绕组不对称故障、叶轮不平衡故障以及这2种故障复合作用下的定子电流表达式;最后利用Matlab/Simulink平台进行仿真验证。研究结果表明,与现有的基于轮毂处平均风速的故障特征相比,考虑风速时空分布差异后,永磁风力发电机绕组不对称故障特征中含有3kP(k为整数,P为叶轮转频)为主的调制频率;叶轮不平衡故障特征频率除P和3kP外,还出现了P与3kP的耦合调制;复合故障下频率成分会更复杂。