溴化锂吸收式制冷技术,以其无污染、低消耗、运行平稳、用能模式多等优点在节能和环保领域越来越受到人们的重视。但相对于压缩式制冷,其效率较低的缺点限制了溴化锂吸收式制冷技术的广泛应用。基于溴化锂水溶液气液特性中汽液相平衡和溶液混合与分离的原理,通过调节机组循环过程中内部和外部的参数,实验分析对制冷机组制冷特性的耦合影响。实验结果表明:蒸发温度、充注浓度和吸收压力的提高均能提高制冷量和COP值,且吸收压力的提高效果最显著,其增幅范围最高可以超过100%,而冷却水温度的提高降低了制冷量COP值。因此,适当的耦合调节机组循环的热物理参数可以明显提高制冷性能。

在汽车废热和动力联合驱动的吸收-压缩混合制冷循环中,建立了发动机排气参数和发生器内工作流体传热的分布参数模型和其他换热设备的集中参数模型。分析了混合制冷循环的稳态特性。结果显示,在满足汽车冷负荷为30 kW条件下的混合制冷装置,在汽车怠速或是低速行驶时,主要由压缩子循环满足汽车用冷需求;在中高速时,客车冷负荷主要由吸收子循环来提供。

针对目前石蜡潜热蓄能系统效率低下的特点,构建了石蜡/膨胀石墨混合相变材料的潜热蓄能系统,研究了其蓄/放热特性,并与纯石蜡相变材料系统进行了对比分析,讨论了不同换热流体流量下的蓄/放热过程的时间周期。用焓法处理相变区域,对该潜热蓄能系统的整体蓄热过程进行数值模拟。研究结果表明,对于石蜡／膨胀石墨复合相变材料,其导热性能较纯石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而减弱了蓄热中石蜡的对流换热。流量提高对蓄/放热速率有明显的改善。焓法模型能全面反映蓄能系统的换热与流动特性,数值计算的结果与实验数据吻合较好。

为提高空分用吸附器吸附效率,通常在内分布流道布置一锥体使内外分布流道沿轴向压降梯度相等以保证空气在吸附剂中流场均匀。通过对立式径向Z型吸附器内的压降分析,推导出一个可表征当空气在吸附剂中均匀分配时吸附器各参数应满足的量纲1微分控制方程。同时对一个实验径向吸附器进行设计,利用该量纲1微分控制方程获得了锥体截面半径随轴向高度的变化规律,为该类径向吸附器的设计提供了理论依据。

在顺流型平板降膜热质交换测试装置上对氯化锂水溶液与湿空气除湿、再生性能进行了实验研究,结合NTU-Le模型,着眼于湿空气与溶液耦合热质交换特性,获取了顺流条件下不同空气流量、溶液流量、溶液温度工况的耦合传热传质系数随运行参数的变化情况。研究结果为相关过程模型验证提供可靠数据,同时也为相关设备性能分析与计算提供重要基础数据。

对不同迎面风速条件下空气源热泵系统室外换热器表面霜层生长特性进行了实验研究,测量了翅片表面动态霜层厚度、换热器结霜量,显微观察了霜晶生长过程。实验结果表明,迎面风速的降低使得空气源热泵机组室外换热器表面霜层厚度加速增长,结霜周期随迎面风速的下降呈近乎线性地减小,而且相对湿度越低,结霜周期下降的速度越快;因此,减小室外换热器迎面风速将恶化空气源热泵机组结霜/除霜周期中的平均性能。对霜晶形态的显微观察发现,低迎面风速工况下霜层厚度增长速度加快的原因是由于空气源热泵蒸发器壁面温度降低造成的霜晶形态的改变,翅片表面柱状冰晶始终在高度方向快速生长,这种现象与低环境温度工况下翅片表面霜晶生长形态类似。换热器总结霜量随迎面风速的减小而下降,造成霜层平均密度降低。

向溴化锂水溶液中添加微量异辛醇表面活性剂,能显著增强溴化锂吸收式制冷机的吸收作用,提高制冷能力。但添加了异辛醇后,吸收式制冷机中的降膜蒸发器的换热效果却不能保证得到强化,有时出现降膜蒸发器的换热效果变差的现象。为探究导致换热变差的原因,本研究通过测量异辛醇水溶液和金属板表面的接触角,发现水中加入微量异辛醇后接触角普遍增大,湿润性变差,使降膜蒸发器的传热变差。通过测量并比较同浓度异辛醇水溶液在不同金属表面的接触角,得出40 mg·L^-1时异辛醇水溶液在镀锌钢板表面的湿润性最好,其次是不锈钢板,在紫铜表面的湿润性最差。异辛醇水溶液的浓度变化对每种金属板接触角没有明显影响。

提出了空调器用小管径翅片管蒸发器的优化设计方法。优化设计方法主要包括翅片结构设计和制冷剂流路设计。设计方法中,采用基于CFD的方法设计小管径翅片结构,并采用基于图论的仿真方法设计制冷剂流路。为了验证设计结果的合理性,对采用小管径翅片管蒸发器的空调整机进行了实验测试。实验结果验证了优化设计方法的正确性,表明采用小管径翅片管蒸发器的空调具有良好的性能。

对包覆吸水性材料的管式间接蒸发冷却器进行了测试,分析了其传热传质性能,吸水性材料的保水量及对传热传质性能的影响,以及吸水性材料的补水时机。

为了指导氩氦刀设计,对氩氦刀低温探针的内外部传热和J-T节流过程进行了稳态模拟,采用有限差分法,考虑了轴向传热和冷端低压流体的气液两相特征,在氩氦刀端部假设与外界恒热流换热,对流体和壁面的温度分布进行了计算,对不同进气温度下氩氦刀的制冷能力进行了比较。低压流体在换热器冷端存在气液两相,高压进气温度降低有利于制冷量提高;当高压进气温度由300 K降至270 K,同时维持冷刀端部有效制冷区域外壁温度基本不变的情况下,外部热流可提高20%左右;如利用半导体模块来预冷高压进气,0.001 kg·s^-1氩气流量用4片C1206型制冷片,冷却模块尺寸约20 cm×5 cm×5 cm即可满足要求。

设计了一种新型插入扰流元件管式换热器,并依据相关文献的模拟数据将其与波纹管、光管在不同流速下的管内壁面平均传热系数、换热量、平均Nusselt数以及摩擦阻力的变化特性进行了分析比较。结果表明:插入扰流元件换热管在强化换热能力的同时其压力损失也会很大,所以在实际应用过程中选取插入扰流元件换热管时一定要考虑其经济性;在泵功率消耗一定时,插入扰流元件换热管的热效率与波纹管的热效率很接近。但插入扰流元件换热管在制造工艺上具有加工方便、固定灵活等优点,比较适合对现有换热器的改造。所以,该种热管同样具有广泛的应用价值。

为研究真空制冰水滴结冰过程影响因素,建立了真空制冰动态特性的数学模型,通过实验验证了模型的正确性。基于实验并通过模型分析了真空制冰水滴结冰过程的影响因素,主要包括环境温度、环境压力、供水水温、水滴半径及水滴下落初速度。该数学模型为二元冰真空制备的优化设计提供了理论基础。

对静电纺丝法制备的TiO₂和TiO₂-V₂O₅纳米纤维进行光催化脱除模拟烟气中Hg⁰的研究。对纳米纤维进行了SEM、TEM、XRD、BET和UV-Vis检测。结果表明TiO₂-V₂O₅纳米纤维为锐钛矿,V₂O₅高度分散在TiO₂中。纤维直径在200 nm左右,由粒径为10 nm左右的微粒组成。掺杂V₂O₅后,纤维的吸光范围扩大,在可见光范围内的吸光度比纯TiO₂时有了很大提高。实验研究了不同光照条件、V₂O₅的掺杂量和循环次数对脱汞的影响,分析了TiO₂-V₂O₅催化脱汞的机理。当V₂O₅的质量含量为3%时,TiO₂-V₂O₅在可见光下的脱汞率可达到66%,比纯TiO₂时的7%有了显著提高;纤维的脱汞性能稳定,多次循环后紫外光和可见光下的脱汞率仍分别保持在80%和65%左右。电子的跃迁和电子、空穴的快速分离是TiO₂-V₂O₅在可见光下脱汞率提高的主要原因。

以高含氢硅油(甲基氢硅油)为原料,在Lamoreaux催化剂作用下,先与N-烯丙基咔唑进行硅氢加成反应,再与4-乙烯基环氧环己烷反应,合成了折射率达1.577的脂环型环氧有机硅预聚体(Ep-Cz-SiO)。Ep-Cz-SiO的结构由¹H NMR和IR表征,并确定了分子中咔唑基团的含量。咔唑基团的引入显著提高了环氧有机硅预聚体的折射率。热重分析表明,所制备的带有咔唑基团的脂环族环氧有机硅预聚体的热稳定性高于含氢硅油原料。

为了回收利用污水厂处理污泥过程中产生的沼气,研究了利用污水厂沼气能源的方案、工艺流程,构建出基于污水厂沼气的直燃型热泵供热系统,并进行了系统配置与经济性分析。结果表明:与燃煤锅炉、燃气锅炉以及电动热泵相比,以污水厂沼气为燃料,输入功率为600 kW的直燃型热泵系统,按年供热运行300天计,可分别节约标准煤510 t、天然气3.25×10⁵ m³、用电量7.72×10⁵ kW·h,投资回收期最长不超过2.6年。因此,该供热系统具有经济性高和节能减排的特点,经济效益和环保效益显著。

冷水机组是一个高度非线性的复杂系统,其自控系统传感器故障会导致冷水机组的运行偏离正常状态和能耗浪费。采用冷水机组正常运行数据,通过多元统计方法中的主元分析法建立训练矩阵,利用平方预测误差进行故障分析工作。引入不同程度故障,分析主元分析法的检测效率。结果表明,主元分析法故障检测效果明显,但对于不同传感器的不同程度故障,故障检测的误判率存在一定的差异。

利用建筑能耗仿真软件Energyplus 对海南某机场建筑及其空调系统建立了仿真模型。在得到空调冷水机组全年的运行数据的基础上,提出采用层次聚类的方法,提取影响机组运行特性的运行参数对机组全年运行工况进行分类,分析机组在不同类别下运行水平与相关运行参数的关联性并建立COP与运行参数的多元回归模型。通过比较不同类别下聚类中心每台机组COP与回归模型计算COP,发现聚类中心每台机组的运行特性可以代表该类中所有运行特性,为评价机组运行水平提供一个简化而有效的方法。

建立并验证了机场航站楼仿真模型,基于仿真模型提出了一种基于AHU(air handling unit)最佳启动时间预测的优化控制策略。该策略通过BPNN预测模型获得AHU的最佳启动时间,对AHU进行间歇启停控制,仿真结果表明采用此优化控制策略能够在保证空调区域内人员热舒适的基础上,减少空调系统运行的能耗。同时对BPNN预测模型的输入参数进行了敏感度分析,结果显示输入参数室内空气干球温度对于所建BPNN预测模型的预测准确度影响最大。

目前暖通空调控制系统中普遍存在运行效率低下、能耗浪费严重的现象,主要原因在于暖通系统本身具有时变、时滞等非线性特性,使得传统的控制方法无法取得良好的控制性能。如何克服暖通空调系统时变和时滞特性所带来的不利影响,是提高暖通空调系统控制回路性能的重要途径之一。本文设计了一种基于SMITH预估的自校正控制算法,首先通过在线辨识包含时滞参数在内的暖通空调对象模型,进而采用SMITH预估器对时滞进行补偿,而SMITH预估器中的PI控制器则用于提高鲁棒性,并实现控制器参数的实时更新。仿真结果表明该算法性能要优于传统的控制方法。

研究了生产过程中一类特殊的非线性系统,不对称系统的预测控制方法。在正反方向的控制作用下,这类系统表现出不对称动态特性。此类系统的理论研究特别是控制方法研究十分有限。针对基于正反方向上的线性模型设计的正反模型预测控制方法与传统预测控制方法在结构上的差异进行了分析,说明了由于这种结构上的差异可能导致的模型失配及控制效果不佳,然后采用输入反馈方法对不对称系统正反模型预测控制方法进行了修正,将实际施加给对象的控制作用通过反馈形式纳入到下一步正反方向控制律的求解中。并且在无约束的条件下分析了正反模型预测控制方法的可控性。最后通过pH值控制的仿真实验验证了此两种不对称系统正反模型预测控制方法的控制效果。

压缩机工作时,当负荷降低到一定程度时,会产生剧烈的喘振现象。喘振会严重损坏机体,产生严重后果。催化裂化装置中,为避免压缩机的喘振,通常采用大功率压缩机使其稳定工作,常带来固定投资高、操作费用大等问题。通过采用主动控制,可以扩大压缩机的稳定工作范围,并使压缩机工作在高性能区,因此本文在选型时选择一个比实际较小的压缩机来实现压缩机的工作,虽然其结果可能使压缩机大部分时间工作于喘振区,但通过主动控制作用可以使其稳定工作,同时还可以达到减小压缩机的投资费用和操作费用的目的。文中分别对控制方案、控制算法进行了详细的描述,最后通过实际案例验证了该方案的可行性和有效性。

压缩机工作时,当负荷降低到一定程度时,会产生剧烈的喘振现象。喘振会严重损坏机体,产生严重后果。旨在模拟催化裂化富气压缩机喘振及其控制,由于喘振产生的时间很短,与催化裂化运行时间相差数千倍,所以要在两个不同尺度时间下进行模拟。本文基于压缩系统机理模型在UniSim中开发了一个适用于压缩机主动控制的模型,同时为克服主动执行机构在压缩机稳定区带来的附加损耗,针对压缩机喘振现象设计了切换控制方案,在压缩机喘振时采用主动控制进行喘振控制,而在稳定工况点则取消主动控制作用。最后将该方案应用于压缩机双时间尺度模拟中,并从不同的时间尺度下对比了喘振控制对催化裂化过程的影响,整个过程验证了方案的有效性以及该方案可以同时解决防喘振控制使压缩机无法在高性能区工作和主动执行机构所带来的能耗增加的问题。

采用静止型全钒氧化还原液流电池,利用紫外分光光度法,研究电解液钒离子跨膜渗透行为,讨论浓度、温度、荷电状态(SOC)、电场以及渗透压等对VO²⁺离子跨膜传质的影响,关联相应的钒离子渗透系数。研究结果表明,提高钒电解液浓度可以有效减缓钒离子跨膜传递速率,提高能量效率;适当降低体系温度,可以抑制钒离子的跨膜渗透,减小电池化学短路的发生;VO²⁺离子渗透系数随SOC值增加而迅速减小;正向电场存在会促进VO²⁺离子透膜扩散,加剧电池自放电;隔膜两侧液面渗透压的作用会加速钒离子跨膜渗透,造成电池容量衰减。

利用Cluster-Continuum模型,通过B3LYP方法计算出VO₂⁺/VO²⁺电对的第一溶剂化层的水分子数分别为3和5个,并得到了水溶液中VO₂⁺、VO²⁺离子的溶剂化自由能。利用此计算数值并通过热力学计算推算出VO₂⁺/VO²⁺电对的标准反应电势为1.29 V,与理论值相差不大。这表明利用Cluster-Continuum模型可以较为准确地描述VO₂⁺、VO²⁺离子的溶剂化作用。

研究了一种平板型太阳能光伏/光热一体化热泵(PV/T-HP)系统,制冷剂R134a直接在太阳能光伏板背面盘管内吸热而蒸发,以降低光伏电池工作温度,保证其高效稳定地输出电能;集热器同时作为蒸发器,所收集的热量经热泵循环进行温度提升,为建筑提供生活热水、供暖和驱动制冷空调。对平板型PV/T-HP热水系统在南京室外的一个夏季晴天工况下循环加热180 L水至60℃进行了实验研究,探讨了太阳总辐照度、光伏/集热器工作温度以及光电输出控制方式对系统光电、光热综合输出特性的影响规律;对比实验得出了在热电联供模式下,系统发电量比无冷却的单一光电输出模式下相对高出35%。

以废热溴化锂吸收式动力、冷量、热量梯阶转换系统为研究对象,对系统进行理论分析和热力学计算。此系统将废热中的一部分能量进行动力转化,余下一部分能量转化为热量和冷量,实现能量的梯阶转换,从而对废热进行更加合理的利用。通过理论分析和对热力学计算结果的对比分析,得到发生压力与发生温度对系统能量转化的影响。

为了研究转轮式两级蒸发冷却空调机组在高湿度地区的运行情况,对一台3000 m³·h^-1风量的转轮式热回收型间接-直接蒸发冷却空调机组进行测试。测试结果表明,当开启一次空气侧的转轮式间接蒸发冷却段和填料段,二次空气侧填料段水泵关闭时,机组的送风温度为23℃,其低于室外空气的露点温度24.5℃,机组总的平均温降为7.1℃,此时转轮式间接段的平均温降为6.9℃,平均冷却效率为76.9%,明显填料段几乎没有起降温作用,主导降温是转轮式间接段;而相对于干燥、中等湿度地区,在室外干球温度为32.1℃时,起主导降温作用的是一次空气侧填料段,降温的平均值达5.5℃;这说明间接、直接、间接-直接蒸发冷却均可作为辅助制冷方式应用于制冷冷却昂贵的地方。

基于膜全热回收制冷除湿系统是新风独立系统中的一种高效的除湿系统。该系统由高效透湿膜换热器和制冷除湿系统组成。新风和排风在膜全热换热器中进行热质交换。膜换热器回收排风中的全热,同时降低了新风的温度和含湿量。换热之后新风通过蒸发器进行进一步除湿冷却,然后输送到室内。在本研究中,在焓差实验室对基于膜全热回收的制冷除湿样机进行了变工况下的性能实验。研究了在室内温度27℃,湿球温度19℃的条件下,室外空气温度、相对湿度以及空气流量对该系统的除湿能力和COP的影响。实验结果表明膜全热回收制冷除湿系统在高温高湿条件下具有较高的除湿能力和COP。

对半导体制冷的原理与研究现状做了简要介绍;分析了冷、热端温差对半导体制冷量的影响;结合实验台介绍了一种蒸发冷却与半导体制冷相结合的空调系统。对系统中半导体制冷装置的制冷系数测定进行了公式推导;初步对系统中的半导体制冷装置的性能进行了实验测试,得出实验范围内此半导体制冷装置的制冷系数最大为3.3,为进一步研究奠定了基础。

提出了一种CO₂低温捕集液化与N₂/O₂分离的新型复合系统,并且对该系统的性能以及优势进行了分析。这一系统不仅将CO₂低温捕集液化与N₂/O₂的分离结合起来,而且能达到降低能耗与减少投资的目的。采用理论分析和软件模拟相结合的方法,对该系统进行可行性分析。结果显示,这一新型系统不仅能量消耗低于传统醇胺吸收捕集CO₂的系统,该新型复合系统捕集1 t CO₂耗能3.29 GJ·t^-1,而传统MDEA吸收法耗能4.11 GJ·t^-1。而且在该系统中,CO₂分离液化的同时,可以获得副产物N₂与O₂。本研究阐明了一种CO₂低温捕集液化与N₂/O₂分离复合系统的新思想。

在自行研制的跨临界CO₂热泵热水器实验台上,通过调节系统中阀门开度控制喷射器的进出口压力和温度,研究喷射器的流量、喷射系数、压缩比和效率的变化规律。实验结果表明:同时增大工作流体压力和引射流体压力可以提高喷射器的工作性能,减小工作流体压力或者增大引射流体压力可以提高喷射器的工作完善度。高效率喷射器的研制是优化跨临界CO₂热泵系统的关键要素。

在双效氨水吸收制冷循环的基础上,提出了一种增压双效氨水吸收制冷循环。结合Schulz氨水状态方程式,通过数学建模对该循环过程进行模拟计算。分析了增压比、制冷温度、热源温度、冷却水温度对循环性能的影响,并和双效氨水吸收制冷循环进行比较。结果表明,增压双效氨水吸收制冷循环中,增压比是非常重要的影响因素,它直接影响循环的性能系数;在其他工况参数不变的条件下,增压双效氨水吸收制冷循环有其最佳的增压比;在适当的增压比下,扩大了双效循环的应用范围,在制冷温度较低时,也可以具有较高的性能系数,而且在相同制冷温度下,降低驱动热源温度也能达到理想的循环效果,从而使本循环可利用的热源范围得以扩展。

针对自复叠制冷系统开机初期排气压力和排气温度过高的问题,以三级自动复叠制冷装置为研究对象,设计了一种压力调节和控制系统,主要包括缓冲器、膨胀容器、压力控制阀和管路等。缓冲器具有缓和高压气体对设备的冲击和降压稳压作用;膨胀容器具有收纳和贮存制冷工质的作用。缓冲器中引出一个旁通支路,通过电磁阀和膨胀容器后实现高低压旁通;两个相分离器上部各引出一个气体支路,通过手动球阀和流量计并联旁通到膨胀容器,对压缩机的排气压力和排气温度进行有效控制和调节。通过实验研究,具有旁通的冷柜系统启动初期降温速度加快,能够快速冷却制冷工质。通过压力控制阀对系统的旁通量进行调节,从而控制系统的压力和温度在合理的范围内,避免压力控制装置强制停机。

针对气体轴承结构的某航空用空气透平膨胀机出现的低频振动现象,进行了不同轴承供气压力与升速率下的转子低频振动特性试验研究。通过分析不同参数下转子的气膜涡动和气膜振荡特性,证实了低频振动对转子运动行为及失稳的影响,在合适的供气压力和升速率下低频振动可以得到有效的抑制和消除。揭示了转子低频振动与系统机械效率之间的关系,并提出了一种计算低频振动耗能的方法。

介绍了半集中式蒸发冷却空调系统在新疆及西安某办公楼的设计过程,结合该办公楼结构形式采用了串联式空气-水系统。测试结果表明在新疆地区室外干球温度为35.0℃下,采用的三级蒸发冷却新风机组可使送风温度达到13.5℃,采用的间接-直接蒸发冷却复合冷水机组出水温度为16.5℃,室内维持在空调规范要求的舒适区域。西安测试结果表明室外干球温度为33.5℃下,采用的三级蒸发冷却新风机组可使送风温度达到17.4℃,采用的间接-直接蒸发冷却复合冷水机组出水温度为17.5℃。分析了该半集中式蒸发冷却空调系统的优缺点,为蒸发冷却空调系统的设计提供些许建议。

基于对空气源热泵结霜机理的研究,从抑制结霜的两个条件出发,提出了无霜空气源热泵新系统。选取适用于该系统的喷淋溶液,搭建了实验台。通过实验验证,证明此系统具有可行性。"防霜"模式运行时,送风温差比常规系统高1.5℃,供热量高6%,且送风参数稳定,运行过程中,压缩比基本保持不变,压缩机和系统稳定性高。选用甘油水溶液作为喷淋溶液时,为保证防霜效果,甘油质量分数应在31%~65%;单位迎风面积喷淋流量应在0.53~0.64 t·(h·m²)^-1。

冷冻浓缩作为一种环保和节能的污水处理方式,一方面可缓解缺水地区对水资源的需求,另一方面能耗低可节省大量能量。冷冻浓缩污水处理法是一种兼具节能和环保的污水处理方式。应用冷冻浓缩方法与真空蒸发污水处理方法,研究污水处理过程的运行能耗情况,通过理论计算冷冻浓缩法和真空蒸发法在污水处理过程中的能耗并分析其节能潜力。在本文的设计条件下,理论计算结果表明仅考虑污水处理能耗时,冷冻浓缩法比蒸发法节能30.35%;当采取预冷后,冷冻浓缩法比蒸发法节能45.7%;当结合预冷和冰蓄冷后,冷冻浓缩法处理污水比蒸发法节能62.5%。

通过实验和理论分析,从球形容器内径、单个球形容器接管长度和连通容器连通管道长度变化3个方面,研究了球形容器与管道内甲烷-空气混合物爆炸强度的尺寸效应。研究表明:单个球形容器接管后,球形容器中最大爆炸压力和最大压力上升速率均随接管长度的增加逐渐减小,而小球接管时的管道末端气体最大爆炸压力和最大压力上升速率随连接管道长度的增加逐渐增加;在连通器结构中,传爆容器中最大爆炸压力和最大压力上升速率随连通管道长度的增加呈线性关系增加。研究结果揭示了尺寸效应对气体爆炸强度的影响规律,为球形容器与管道泄爆安全设计提供依据和重要参考。