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采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

机械工程学报 2017年第24期53卷 177-183页

作者：郭霆沈九兵孔祥雷张震江苏科技大学能源与动力学院镇江212003

有机工质朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机... 详细信息

有机工质朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明:膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。

关键词：螺杆膨胀机有机工质朗肯循环特性研究

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螺杆蒸汽压缩机工作过程喷水冷却特性研究

机械工程学报 2016年第24期52卷 147-154页

作者：郭霆沈九兵田雅芬邢子文江苏科技大学能源与动力工程学院镇江212003 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

喷水能够提高螺杆蒸汽压缩机的压比和饱和温升,扩展蒸汽压缩机的应用范围。为研究螺杆蒸汽压缩机的喷水冷却特性,建立喷水螺杆蒸汽压缩机的数学模型,考虑喷入水与压缩蒸汽的换热蒸发及其泄漏闪蒸,并试验验证了模型的准确性。利用所建数... 详细信息

喷水能够提高螺杆蒸汽压缩机的压比和饱和温升,扩展蒸汽压缩机的应用范围。为研究螺杆蒸汽压缩机的喷水冷却特性,建立喷水螺杆蒸汽压缩机的数学模型,考虑喷入水与压缩蒸汽的换热蒸发及其泄漏闪蒸,并试验验证了模型的准确性。利用所建数学模型,分析与讨论压缩机压比、喷水量、喷水温度及转速对压缩机工作过程的影响。研究结果表明,喷水不仅可以降低排汽温度、使蒸汽压缩机稳定运行,还可以使压缩过程更接近等温过程;压缩机实际运行时喷入水主要集中在压缩过程后期及排汽过程蒸发;压缩机欠压缩运行时,排汽腔内蒸汽对压缩过程影响不大;若压缩蒸汽任一转角都能被冷却至饱和,则喷水温度对压缩过程及运行效率基本没有影响;为了有效控制排汽温度,喷水孔口水流量需要随压缩机转速做相应的调节。

关键词：螺杆蒸汽压缩机喷水冷却数学模型 p-V图

单级/复叠双制式热泵干燥系统设计与试验研究

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机械工程学报 2018年第10期54卷 218-224页

作者：沈九兵郭霆武晓昆陈文卿江苏科技大学能源与动力学院西安交通大学苏州研究院

提出了一种单级/复叠双制式热泵干燥系统,通过不同模式的切换适应环境温度变化对系统制热量的影响,保障干燥系统的供热需求,同时利用干燥空气的循环加热可提高干燥室的供风温度。在此基础上,进一步开发了单级/复叠双制式热泵样机,并设... 详细信息

提出了一种单级/复叠双制式热泵干燥系统,通过不同模式的切换适应环境温度变化对系统制热量的影响,保障干燥系统的供热需求,同时利用干燥空气的循环加热可提高干燥室的供风温度。在此基础上,进一步开发了单级/复叠双制式热泵样机,并设计出相应的试验系统,根据试验结果对单级/复叠双制式热泵样机的变工况性能进行分析与讨论,结果表明:相同环境温度时,复叠模式的最高供风温度明显高于单级模式,两者差值随环境温度升高而减小;相同环境温度时,复叠模式制热量与能耗都高于单级模式,且两者能耗的差值随环境温度升高而增大;随着环境温度的增大,复叠模式的COP存在最优值,而单级模式的COP逐渐升高;高温级压缩机不同模式下运行压比差异较大,系统设计时需要合理选型。

关键词：热泵干燥复叠样机试验性能分析

半封闭螺杆制冷压缩机排气噪声模拟与试验研究

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机械工程学报 2017年第20期53卷 169-175页

作者：沈九兵王瑞鑫周明龙陈文卿江苏科技大学能源与动力工程学院镇江212003 西安交通大学苏州研究院苏州215000

针对某R22半封闭螺杆制冷压缩机,通过动网格的划分建立充分考虑轴向排气孔口面积变化的排气流场模型,利用Fluent软件进行流场的动态数值模拟;将模拟得到的流场结果作为LMS的边界条件,模拟得到了双螺杆压缩机排气噪声频谱图;通过试验测... 详细信息

针对某R22半封闭螺杆制冷压缩机,通过动网格的划分建立充分考虑轴向排气孔口面积变化的排气流场模型,利用Fluent软件进行流场的动态数值模拟;将模拟得到的流场结果作为LMS的边界条件,模拟得到了双螺杆压缩机排气噪声频谱图;通过试验测量结果对模拟结果进行了验证;并进一步分析压缩机排气流道优化设计对气流脉动和噪声的影响。研究结果表明:模拟与试验的压力脉动最大值的误差在5%以内,噪声频谱的变化趋势基本一致;压缩机排气过程气流脉动主要集中在排气孔口处,并在排气腔内有明显衰减;光顺排气腔流道和增设周向排气导流槽,可有效减少排气过程的压力脉动;模拟和试验结果都表明:以模拟结果为依据的排气腔流道优化有效地降低了压缩机噪声,说明本文所述研究方法可指导半封闭双螺杆制冷压缩机的优化设计。

关键词：螺杆压缩机气流脉动动网格数值模拟

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半封闭变频螺杆制冷压缩机降噪方法及试验

机械工程学报 2020年第14期56卷 188-195页

作者：陈文卿沈九兵严思远刘华周明龙西安交通大学苏州研究院苏州215000 江苏科技大学能源与动力学院镇江212003 空调设备及系统运行节能国家重点实验室珠海517907 珠海格力电器股份有限公司珠海517907

变频螺杆制冷压缩机因其部分负荷节能特性已成为一种螺杆制冷压缩机的发展趋势,宽频的脉动噪声是限制其市场应用与竞争力的关键因素。基于变频螺杆制冷压缩机结构特点与噪声原理,提出排气端面脉动衰减装置和排气管路消声器两种降噪设计... 详细信息

变频螺杆制冷压缩机因其部分负荷节能特性已成为一种螺杆制冷压缩机的发展趋势,宽频的脉动噪声是限制其市场应用与竞争力的关键因素。基于变频螺杆制冷压缩机结构特点与噪声原理,提出排气端面脉动衰减装置和排气管路消声器两种降噪设计方法,并通过试验研究分别验证了各降噪方法的有效性。研究结果表明,排气端面衰减装置对压缩机不同位置的噪声都有衰减作用;排气管路消声器只对排气侧噪声有显著削弱;同时采用两种降噪方法后,压缩机不同转速下平均降噪效果能达到5.0~10.0dBA,压缩机运行噪声不高于85.5dBA,且压缩机平均降噪效果随转速增加而增强。基于上述研究结果,排气端面脉动衰减装置和排气管路消声器两种降噪方法都能降低排气侧基频和倍频噪声,进而促进变频螺杆制冷压缩机的技术发展。

关键词：半封闭螺杆制冷压缩机变频气流脉动降噪装置

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空气源热泵系统无霜化及除霜方法概述

制冷学报 2019年第2期40卷 85-94,104页

作者：沈九兵李自强邢子文俞越葛美才江苏科技大学能源与动力学院镇江212003 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 南通华信中央空调有限公司南通226014

空气源热泵因性能稳定、使用方便等特点在房间供暖与空调等领域得到广泛应用,冬季室外换热器表面结霜和除霜是影响其系统性能的主要因素。本文概括了空气源热泵系统的结霜条件、无霜化以及各类热力与非热力除霜方法,重点阐述了采用相变... 详细信息

空气源热泵因性能稳定、使用方便等特点在房间供暖与空调等领域得到广泛应用,冬季室外换热器表面结霜和除霜是影响其系统性能的主要因素。本文概括了空气源热泵系统的结霜条件、无霜化以及各类热力与非热力除霜方法,重点阐述了采用相变蓄热装置的各种热泵系统及除霜方法,对研究报导中应用的相变材料、蓄热换热器结构进行综述。最后对实现空气源热泵产品的无霜化或除霜高效化和持续供热的研究方向进行展望:可靠的吸附材料及其再生方法研发是通过干燥方法破坏除霜条件的技术需求;高压电场和超声波除霜方法需进一步完善,提高稳定性和经济性;蓄热除霜有很大的市场潜力,但需优化系统及蓄热换热器设计,并深入相变材料的研究。

关键词：空气源热泵结霜除霜相变材料蓄热

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热泵印染自热回收系统设计与研究

低温与超导 2024年第6期52卷 90-95,102页

作者：魏义丹韦文斌沈九兵江苏科技大学能源与动力学院镇江212100

针对印染工艺高用热需求及废水池自然冷却的热损失问题,基于R245fa的高温热泵,提出一种印染自热回收系统,回收80~90℃印染废水余热,输出105℃的高温热水供回染机使用,减少印染工艺供热能耗。通过系统热力学模型的建立与求解,分析了热泵... 详细信息

针对印染工艺高用热需求及废水池自然冷却的热损失问题,基于R245fa的高温热泵,提出一种印染自热回收系统,回收80~90℃印染废水余热,输出105℃的高温热水供回染机使用,减少印染工艺供热能耗。通过系统热力学模型的建立与求解,分析了热泵运行工况对系统热回收及热反哺性能的影响规律。结果表明:废水温度越高、蒸发温度越高,热泵系统COP越大,研究工况下能达4.04;系统热回收量和热水供应量会随着蒸发温度的降低、废水温度的升高而增大,废水温度90℃、热泵蒸发温度55℃时,系统回收1 t/h废水热量,可制得1.7 t/h的105℃高温热水,相应的减少0.077 5 t/h的蒸汽消耗。

关键词：热泵自热回收蒸发温度印染

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多效MVR蒸发浓缩水处理系统研究

工业水处理 2022年第7期42卷 147-153页

作者：沈九兵谭牛高肖艳萍李志超江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212100

基于自热回收技术的多效MVR蒸发浓缩水处理系统是降低零液排放成本的有效技术方法。设计了带有过热消除器和新鲜蒸汽补给的多效MVR系统,利用Aspen Plus系统仿真软件进行了模型建立与验证,并以氯化钙溶液为例,对各效MVR系统进行了仿真研... 详细信息

基于自热回收技术的多效MVR蒸发浓缩水处理系统是降低零液排放成本的有效技术方法。设计了带有过热消除器和新鲜蒸汽补给的多效MVR系统,利用Aspen Plus系统仿真软件进行了模型建立与验证,并以氯化钙溶液为例,对各效MVR系统进行了仿真研究与分析。能耗分析表明,多效MVR系统的压缩机功率随效数的增加而降低,多效MVR系统的新鲜蒸汽消耗量随效数的增加而增加;经济性分析表明,综合各效MVR系统的复杂程度、操作控制难度、初期投资成本和运行成本,二效MVR系统将是一个比较好的选择;采用能量增益效率GOR_(MVR)作为热力学效率指标对各效MVR系统进行衡量,结果表明增加系统效数,系统GOR_(MVR)会降低。基于以上分析结果,提出多效MVR系统耦合新能源蒸汽发生装置将是未来零液排放水处理技术较好的发展方向。

关键词：零液排放多效MVR Aspen Plus 经济性分析 GOR_(MVR)

基于适定工质的准二级压缩循环在高温工况下的特性研究

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流体机械 2019年第9期47卷 40-46,11页

作者：杨兴林李自强赵海波沈九兵江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212003 烟台大学海洋学院山东烟台264005

以经济器补气的准二级压缩循环为研究对象,在40~65℃循环温升下选取R1233zd(E)、R245fa为代表性高温热泵工质,建立循环分析模型,调用软件Refprop查询工质物性进行理论仿真,在与单级压缩循环对比中分析了中间补气压力、一级压缩容积比、... 详细信息

以经济器补气的准二级压缩循环为研究对象,在40~65℃循环温升下选取R1233zd(E)、R245fa为代表性高温热泵工质,建立循环分析模型,调用软件Refprop查询工质物性进行理论仿真,在与单级压缩循环对比中分析了中间补气压力、一级压缩容积比、蒸发温度和冷凝温度对循环制热量、压缩机功率、COP的影响。结果表明:蒸发温度45℃、冷凝温度110℃的高温工况下,准二级压缩循环的制热性能优于单级压缩循环;最优相对补气压力系数1.1~1.3处,R1233zd(E)、R245fa的COP分别提高8.7%和11.1%;COP随一级压缩容积比增大而减小,工质COP减小率分别为2.7%和2.2%;COP随蒸发温度升高而增大,工质COP增加率分别为10.1%和10.7%;COP随冷凝温度升高而减小,工质COP减小率分别为9.7%和10.8%。

关键词：高温热泵准二级经济器补气