空气源热泵热水器系统性能优化研究

空气源热泵热水器在常年高温地区具有广泛的应用市场,为了使系统性能最优化,提高能源利用率,利用空气源 热泵热水器实验台,模拟夏季高温下室内环境,对其系统性能进行了实验研究。通过对比不同环境温度下、不同循环水 流量和不同电子膨胀阀开度下系统参数的变化,得出一系列结果：系统能效比Ccop( coefficient of performance)随周围环境 温度上升先快速增大后缓慢变大;周围环境温度越低,压缩机排气温度越高;在实验温度为23～35℃区间内Ccop均值 在4.0左右,最高可达到5.2。通过控制电子膨胀阀的开度调节制冷剂流量,可准确控制蒸发器出口过热度,解决了系统 变工况下运行不稳定的问题,提高了系统的能效比Ccop。     

冷凝器流程数和放置形式对热泵空调系统制冷性能的影响

为揭示冷凝器流程数和放置形式对热泵空调系统制冷性能的影响，课题组设计了热泵空调系统制冷实验。通过实验研究了不同流程数和放置形式的冷凝器对系统制冷量、能效比REE和出风温度等参数的影响；通过红外热像仪记录了冷凝器表面温度分布特性，并采用Otsu算法分析了冷凝器高温区域面积占比。研究结果表明：二流程倒置较其他布置方案有更大的制冷量，更高的REE值以及更低的出风温度；二流程布置方案较三流程有较低的冷凝压力，较低的压比以及较小的压缩机进出口比功；不同流程、不同放置形式的微通道冷凝器，其表面温度分布有差异，二流程较三流程温度分布均匀性好；二流程倒置时高温面积占比大，压缩机转速为4 000 r/min时，冷凝器高温区域占比达62.1%。选用倒置形式的二流程微通道换热器作为冷凝器，可有效提升热泵空调系统制冷效果。     

基于电子膨胀阀调节的制冷系统湿压缩特性研究

为了对压缩机热力性能进行优化，改善排气温度，提升VRF制冷系统循环稳定性，基于电子膨胀阀的调节特性，通过在变频工况下改 变电子膨胀阀的开度进行了压缩机的不完全湿压缩循环试验研究。实验结果表明：较低频率下的电子膨胀阀可调范围较小，但压缩机少量吸气带液可对调节难度 略有改善；此外，吸气带液阶段的压缩机电效率与容积效率仅下降约0.1%，而排气温度改善效果显著。     

R1234yf/R134a混合工质应用于汽车热泵系统的可行性研究

针对汽车空调广泛使用的制冷剂R134a存在严重的环境问题,课题组提出将2种不同混合比例的R1234yf/R134a混合工质应用在汽车热泵空调系统中,并通过实验对比分析了不同工况下R1234yf替代R134a的可行性。通过REFPROP 9.0分析了混合工质及R134a的环境性能和热力学性质,理论上表明混合工质可替代R134a;通过搭建汽车热泵空调试验台在不同的制冷、制热工况下进行实验,并得出结论：在各个工况下,混合工质的排气温度均低于R134a,排气压力差别不大;制冷量、制热量方面,混合工质与R134a相差很小;另外,由于混合工质对压缩机功耗的要求更高,因而混合工质系统的能效比值CCOP略低于R134a系统,但差值不超过7%,在可接受范围内。因此,R1234yf/R134a混合工质具有替代R134a应用于汽车热泵空调系统中的可行性。     

双级压缩制冷系统替代制冷剂性能对比研究

为研究可替代制冷剂，提高循环性能参数，利用MATLAB结合NIST对承载R410A，R32，R404A和R507A共4种制冷剂的一次节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环系统进行模拟，课题组对比分析高压级压缩机排气温度、系统能效比（coefficient of performance, COP）、单位制冷量和制冷剂流量对蒸发温度从-44 ℃上升到-30 ℃时的动态响应，研究4种制冷剂在两级压缩中的具体性能差异，以期对制冷剂的选择做出相应的指导。结果表明：4种制冷剂中R32的高压级压缩机排气温度偏高，但其单位制冷能力最大，制冷剂流量最小；R507A对蒸发温度的动态响应最为强烈；制冷剂R507A和R404A各项性能指标接近；R32的CCOP最高，比R410A高约3.9%，比R404A和R507A分别高约14.03%和12.40%。通过对数据研究对比发现，4种制冷剂中R32的各项性能更为出色，作为一种新型的环保制冷剂，有很大的发展潜力。     

基于力控的空气源热泵热水器系统非稳定性研究

针对空气源热泵热水器运行工况随着加热水温的变化而变化,系统稳定性较难确定,在整个运行过程中存在能效比CCOP变化区间较大的问题。采用力控组态软件为数据采集系统,设计并搭建了一套空气源热泵热水器试验台。通过研究系统在变工况下运行时各个参数的变化趋势,分析影响系统稳定性的因素以期改进优化。试验结果表明：在初始条件不变的情况下,随着加热水温的上升,系统的瞬时能效比CCOPins不断减小,在加热后期过热度接近0 ℃时减小幅度加剧。整个运行过程过热度都在不断减小,0 ℃时压缩机进入吸气带液状态,吸气带液一定程度上改善了压缩机的工作性能,但长时间的吸气带液使蒸发器侧换热一直不充分,反而使系统的运行性能进一步恶化。通过研究系统整个非稳定运行中的变化过程,表明过热度是影响系统效率的主要因素。     

迎面风速对电动汽车热泵系统蒸发器除霜特性影响的实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季室外换热器结霜后除霜效率低的问题,课题组设计并搭建了电动汽车热泵空调系统的实验台架,研究了在环境温度2.0 ℃和相对湿度85%下,电动汽车热泵空调系统中的蒸发器结霜后,蒸发器迎面风速对除霜特性的影响。实验结果表明：在实验工况下,室外换热器所结霜层呈间隔式分布;在系统逆循环除霜过程中,压缩机吸排气压力和换热器进出口温度逐渐升高,但随着蒸发器迎面风速的增高而降低,同时系统的制冷量出现波动现象;在相同的结霜工况下,较高的蒸发器迎面风速能缩短除霜时间,蒸发器迎面风速从0.8 m/s增加至2.3 m/s,除霜时间缩短37.4%,但此时的HVAC出风温度降低3.8 ℃,因此较低的蒸发器迎面风速则能提高HVAC出风温度,提高乘员舱舒适度。     

高速铣削淬硬H13钢表面粗糙度及残余应力实验研究

为了获得淬硬H13模具钢在高速铣削后的高质量表面,基于单因素实验设计法,采用TiAlN涂层硬质合金立铣刀对其进行高速铣削实验。通过使用NPFLEX白光干涉仪和PROTO X射线衍射仪对加工后工件表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力进行测试,同时分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对测试结果的影响规律。研究结果表明：当切削速度为150 m/min时,表面粗糙度Ra值最小;当每齿进给量为0.06 mm/z时,Ra值最佳;而当轴向切深为0.06 mm时,Ra值最大。随着切削速度的增大,表面残余压应力呈现先减小后增大再减小的变化趋势,随着每齿进给量的增加,表面残余压应力变化并不显著,而随着轴向切深的增加,表面残余压应力增大;最大表面残余压应力和最小表面粗糙度的组合并不在相同的切削参数下获得。     

制冷剂R32吸气状态对变频转子式压缩机的影响

吸气带液作为一种既不增加系统成本又能降低压缩机排气温度的方法,需要进一步了解其对核心部件压缩机性能的影响,课题组利用变流量水冷冷水机组实验台,R32作为循环系统冷媒,模拟实际运行工况进行实验,研究频率、吸气干度和过热度对滚动转子式压缩机性能的影响。实验研究结果表明：相同工况下,频率越高,系统压比越高;在吸气饱和状态下,同频率下,压比越高,压缩机等熵压缩效率和容积效率越低;相同压比下,频率越高,等熵压缩效率和容积效率越高。吸气带液时,压缩机排气温度急剧下降,综合效率系数达到最大;吸气过热度对压缩机效率几乎无影响,吸气带液时,压缩机效率只有小幅度的下降。得出了R32滚动转子式压缩机适合进行少量吸气带液压缩的结论。     

液体除湿空调系统的实验研究

以实际液体除湿空调系统为对象,改变液体除湿空调系统中除湿器、再生器的输入空气、溶液的温度、湿度、流量、浓度等参数,研究输入参数变化对输出参数的影响.在优化的系统运行参数条件下,改变供能热源温度,研究液体除湿空调系统整体运行时输出参数的变化和系统制冷量、耗能量及COP值的变化规律.实验结果表明,当再生热源为90℃时,空调送风温度稳定在21℃,热力系数为0.6左右,基本能满足舒适性空调的送风要求.     

化学吸附制冷循环的热力学分析

在分析基本吸附制冷循环的基础上,建立了基本吸附制冷循环热力过程中的各个热量的计算表达式.针对氯化钙氨吸附制冷实验系统的两种典型工况(制冷工况和空调工况),就解吸终了温度和吸附终了温度对制冷性能的影响进行了热力计算和分析,明确了空调工况下制冷系统性能更好的原因,并对计算结果从热力学理论角度进行了分析验证.     

R1234yf纯电动汽车双热源热泵仿真研究

为降低电动汽车冬季低温取暖的能耗,课题组提出以环境空气和驱动电机冷却水为双热源的热泵空调系统方案。课题组设计了一种以R1234yf为制冷剂的双热源热泵空调系统,使用MATLAB/Simulink和ADVISOR软件对设计的热泵系统进行了建模仿真。模拟外界环境温度在-10~0 ℃时电动汽车在城市工况条件下热泵系统的采暖效果,并与PTC加热器的采暖效果进行比较,分析了热泵系统对电动汽车能耗的影响。结果表明：该双热源热泵空调系统能够降低电动汽车冬季采暖的功耗,且能够满足冬季-10~0 ℃环境下的采暖需求。设计的R1234yf双热源热泵空调系统在制热及节能效果方面优于PTC电加热系统。     

热水型吸收式制冷机的稳态模拟

建立了预测热水型溴化锂吸收式制冷机组性能的稳态仿真模型,机组包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器和溶液换热器.仿真模型基于部件的质量守恒和能量守恒,采用了集总参数方法.每一状态节点的热力系数和状态参数,根据已知部件面积、冷热流体流量及进口或出口温度、吸收器的再循环率进行计算.根据仿真模型,编写了机组变工况稳态运行模拟程序,得到了不同参数条件下的COP变化曲线.     

降低制冷系统压缩机排气温度的方法研究

针对R32制冷系统排气温度高的问题，课题组从系统性能、可行性等方面分析讨论了目前主流的4种方法(中间补气法、两级 压缩法、喷液法以及湿压缩法)的优劣，建立了小型变流量冷水机组，采用湿压缩的方法来优化R32制冷系统压缩机排气温度过高的问题。研究结果表明：对于 R32制冷系统，采用湿压缩的方法来降低排气温度为较好选择；滚动转子式压缩机的结构特性使得针对R32制冷系统的排气温度降低的问题有了很好的解决方案； 标准空调工况下，湿压缩的方法可显著改善R32排气温度。实际工程中可通过控制压缩机吸气口干度值来降低R32的排气温度，获得最优系统性能系数。     

太阳能喷射式制冷系统运行特性的研究

针对目前太阳能喷射式制冷系统在运行时,热源驱动受太阳能辐射波动的影响较大,系统在运行过程中存在工况不稳定的缺点,以电加热为辅助热源的太阳能喷射式制冷实验台为对象,研究了系统的运行特性。系统调试过程中,采用电加热调节热水进出口温度改变发生温度,调节节流阀开度改变蒸发温度。实验结果表明：由于喷射器固有结构的 限制,随着发生温度的升高,喷射系数EER、系统性能系数CCOP与机械性能系数C’COP,并非一直增大,系统存在一个最佳的发生温度;控制发生温度在85℃时,随着蒸发温度的升高,喷射系数EER、系统性能系数CCOP与机械性能系数C’COP也逐渐增大,但增大的幅度逐渐变小。通过实验得出了系统最佳工作工况,为维持系统高效可靠的运行提供了方法。     

小型CO2热泵系统的搭建与性能研究

天然工质CO2以其优良的热物理性能和友好的环境特性成为热泵系统中运行工质最有潜力的替代物之一。为了加快CO2作为制冷剂向实用化产品迈进,采用CO2作为制冷剂,确定了跨临界C02热泵系统方案及工况,对气体冷却器、蒸发器及辅助部件进行了选型设计,并最终搭建了一个带回热器的跨临界C02热泵系统实验台,该试验台结构紧凑,制造、运行成本较低。同时文章中就冷却水、冷冻水对系统性能的影响做了初步研究。研究表明：提高冷冻水流量对提高热泵出水温度的影响很小;提高冷却水流量可以有效提高能效比EEER,并对制取高温热水有很大帮助,但是同时会增加流动阻力。     

旁路系统高参数减压阀温度场与应力场分析

为了优化旁路系统减压阀阀体结构以提升其在高参数工况下的安全性能,采用有限元分析方法对某高压旁路系 统减压阀承压热冲击强度进行了数值模拟分析,获得了在瞬态和稳态工况下阀体的温度场与应力场的分布情况及其变 化规律。模拟结果表明：开启工况下,阀体应力经历先增大后减小直至稳定的变化过程,395 s时综合应力值达到最大值 131.3 MPa;稳态工况下,最大综合应力值出现于第1级孔板前的位置,数值为96. 597 MPa。由此可得结论：减压阀瞬态 工况为危险工况,温差应力占主导地位。阀体设计中应避免阀体壁厚突变的结构。     

基于多目标FCS MPC的永磁同步发电机MTPA控制

永磁同步发电机系统常用控制策略是电压外环和电流内环的双闭环矢量控制,在实际PI控制中,控制效果对系统参数的依赖度较高,且不同工况下最优PI参数不同,因此在变工况控制情况下控制效果不佳。课题组针对永磁同步发电机的最大转矩电流比（MTPA）控制,提出了一种基于多目标有限集模型预测控制(FCS MPC)的MTPA控制方法,在FCS MPC基础上,通过多目标优化建立代价函数,实现转矩参考值跟踪、MTPA优化控制和最大电流约束,可以代替传统的基于双闭环的矢量控制及电流模型预测控制,具有较强的鲁棒性和良好的动静态性能。通过MATLAB/Simulink仿真分析及基于STM32F407IGT6的硬件系统的实验对比,验证了方法的可行性,有效实现了永磁同步发电机的MTPA控制。     

一种便携式大气压强测量装置的设计与实现

针对目前市场上的大气压强测量产品性能不完善,且价格较高的问题,本研究对产品性能做了进一步改进,旨在设计结构简单、测量准确、可靠性高的大气压强测量装置。系统功能包括计算大气压强功能,通信功能和数据显示功能。整个系统的硬件采用模块化的设计方法,共划分6个模块。软件系统是在Keil C51环境下,采用模块化的设计方法进行程序设计。为增加系统的可靠性及稳定性,做了抗干扰处理。该便携式大气压强测量装置具有电路简单,外围元器件较少,成本低,系统的设计开发周期短,工作可靠,系统故障低,性能稳定,安装方便等优点。