基于膜除湿的空气制冷系统性能研究
发布时间：2021-10-31 10:09
空气循环制冷系统因其工质无污染,系统结构简单的优良特性,具有良好的发展前景,但由于空气中含湿量较高,在较低温度下空气中的水蒸气会凝结成液滴甚至会结冰,严重影响了系统的稳定运行和系统的制冷性能。开展空气循环制冷系统的除湿研究,为提高空气循环制冷系统的性能奠定基础,并提升系统运行的持久性及可靠性。本文针对原有空气制冷循环系统运行不稳定且系统中含湿量较高的问题,重新设计并增加膜除湿组件,对改进后系统的除湿效果及系统性能进行了理论分析和实验研究。首先,基于集总参数法和能量守恒方程建立了系统各部件的数学模型,采用MATLAB编写仿真程序,分析了干空气及湿空气状态下不同扫气方式、膜除湿组件进口压力、压气机进气压力及环境温度对系统除湿效果及系统性能的影响。其次,对原有空气循环制冷系统进行改建,设计并新加入膜除湿组件,利用膜除湿器中膜两侧水蒸气分压力差作为驱动力,对系统进行集中除湿。在变工况条件下对系统的除湿性能和系统制冷性能进行实验研究,分析了膜除湿组件进口压力和压气机进气压力等对系统除湿性能和系统制冷性能的影响。模拟及实验结论如下:（1）模拟结果表明,采用外扫气方式可节省自扫气方式时消耗的部分干燥...
【文章来源】：天津商业大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膜除湿空气循环制冷系统图
低持饕?问?缒こ??榧??谘沽Α⒀蛊????沽Α⒒肪澄露取⑸ㄆ?绞郊盎厝?流程等在变化过程中对系统除湿效果及系统性能的影响，最后结合模拟数据与理论分析对改进后实验台的实际运行做出指导。2.1膜除湿空气循环制冷系统基本原理膜除湿空气循环制冷系统基于开敞式逆布雷顿循环，由风冷式螺杆压缩机提供高压气源，同轴的透平膨胀机和离心式压气机在回收膨胀功的同时对空气进行二次压缩，在提高进系统的工作压力范围的同时也提高了透平膨胀机的膨胀比和焓降，进而增大系统制冷量。系统循环流程图如图2-1所示，系统T-S图如图2-2所示。图2-1膜除湿空气循环制冷系统图图2-2膜除湿空气制冷系统理论循环T-S图Fig.2-1DiagramofmembranedehumidificationaircyclerefrigerationsystemFig.2-2T-Sdiagramoftheoreticalcycleofmembranedehumidificationairrefrigerationsystem如图所示，系统组成元件分别为气源压缩机、膜除湿组件、透平膨胀机、离心式压气机、换热器及冷库等，其中透平膨胀机/压气机组件由空气动压轴承支承同轴相连以回收膨胀功。系统工作原理是：由螺杆式空气压缩机为实验台提供气源，常压空气经空压机压缩后温度和压力同时升高（1-2），压缩后的空气在次级回热器中冷却降温（2-3），并经过膜除湿组件降低空气中的含湿量，干燥后的高压空气进入压气机中再次压缩（3-4），此时为循环最高温度和压力，同时回收膨胀功，经二次升压后的压缩
第二章膜除湿空气循环制冷系统性能理论分析21csccipccNTcG11（2-34）2.3板翅式换热器的数学模型板翅式换热器属于间壁式换热器的一种，该换热器的有效传热面积较大且结构紧密，流体在内部为湍流流动，有效的提高了传热效率，是管壳式换热器换热性能的5-10倍，由于其高效的换热能力被广泛用于空分，石油，化工等行业。板翅式换热器中最重要的部件是换热芯体，芯体由翅片、隔板及导流片组成。本文所采用板翅式换热器的翅片类型为锯齿型错列翅片，该翅片在流体流动的过程中，有效的发挥了流动边界层的起始段效应，使流体在进入充分发展段前就流动到下一排翅片，并且流体会在上排翅片尾端形成旋涡，进一步增强了流体的强化换热。流体在锯齿型错列翅片中依据翅片形式的不同有三种流动方式，如图2-3所示，第一种为HPD型，其方式为流体流动方向垂直于肋片表面，第二种为LPD型，其方式为流体流动方向平行于肋片表面，第三种为X型，其方式为流体流动方向与肋片有一定的夹角[67]。图2-3锯齿形翅片类型Fig2-3Typeofoffsetstripfins膜除湿空气循环制冷系统中的散热器，初级回热器及次级回热器均为板翅式换热器，换热器内为两个相同型号换热芯体组成的双流程形式，如图2-4所示，芯体采用LPD型锯齿形错列翅片，翅片具体结构参数参见附录一，不同的是散热器和初级回热器中冷热流体为逆流式换热，次级回热器中冷热流体为顺流式换热。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机环境控制系统制冷空调技术现状[J]. 盛健,张华,吴兆林,雷明镜. 制冷学报. 2020(02)
[2]浅谈湿空气物性计算软件CoolProp的应用[J]. 李文博,莫善军. 日用电器. 2019(11)
[3]电子吊舱环控系统研究进展综述[J]. 张忠政,郭良珠,李军,葛磊,张志同,白小峰. 低温与超导. 2019(06)
[4]膜法除湿技术研究进展及应用现状[J]. 包文运,马利君,赵晓丹,杨宁,涂成钦. 应用化工. 2019(06)
[5]全氟磺酸树脂中空纤维膜压缩空气除湿性能研究[J]. 任春波,沈兆欣,吴庆元,付志刚. 宇航计测技术. 2018(06)
[6]多电飞机电动环境控制系统关键技术研究[J]. 孟繁鑫,王瑞琪,高赞军,郑文远,胡文超. 航空科学技术. 2018(02)
[7]空气压缩机吸气端除湿系统研究[J]. 吴云滔,赵军,贾海亮,朱晓琳,胡寿根. 能源工程. 2017(06)
[8]基于闭式空气循环制冷系统的高空舱热力特性研究[J]. 李海涛,张大林. 江苏航空. 2017(03)
[9]中空纤维膜除湿组件的热质传递特性[J]. 赵媛媛,何奎,李斯陶,张立志. 化工学报. 2017(S1)
[10]浅析民用飞机空调制冷技术[J]. 顾仁碗,焦毅. 科技与创新. 2017(11)
博士论文
[1]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]低温空气制冷速冻系统稳态性能的仿真与实验研究[D]. 赵硕.天津商业大学 2013
本文编号：3467938
【文章来源】：天津商业大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膜除湿空气循环制冷系统图
低持饕?问?缒こ??榧??谘沽Α⒀蛊????沽Α⒒肪澄露取⑸ㄆ?绞郊盎厝?流程等在变化过程中对系统除湿效果及系统性能的影响，最后结合模拟数据与理论分析对改进后实验台的实际运行做出指导。2.1膜除湿空气循环制冷系统基本原理膜除湿空气循环制冷系统基于开敞式逆布雷顿循环，由风冷式螺杆压缩机提供高压气源，同轴的透平膨胀机和离心式压气机在回收膨胀功的同时对空气进行二次压缩，在提高进系统的工作压力范围的同时也提高了透平膨胀机的膨胀比和焓降，进而增大系统制冷量。系统循环流程图如图2-1所示，系统T-S图如图2-2所示。图2-1膜除湿空气循环制冷系统图图2-2膜除湿空气制冷系统理论循环T-S图Fig.2-1DiagramofmembranedehumidificationaircyclerefrigerationsystemFig.2-2T-Sdiagramoftheoreticalcycleofmembranedehumidificationairrefrigerationsystem如图所示，系统组成元件分别为气源压缩机、膜除湿组件、透平膨胀机、离心式压气机、换热器及冷库等，其中透平膨胀机/压气机组件由空气动压轴承支承同轴相连以回收膨胀功。系统工作原理是：由螺杆式空气压缩机为实验台提供气源，常压空气经空压机压缩后温度和压力同时升高（1-2），压缩后的空气在次级回热器中冷却降温（2-3），并经过膜除湿组件降低空气中的含湿量，干燥后的高压空气进入压气机中再次压缩（3-4），此时为循环最高温度和压力，同时回收膨胀功，经二次升压后的压缩
第二章膜除湿空气循环制冷系统性能理论分析21csccipccNTcG11（2-34）2.3板翅式换热器的数学模型板翅式换热器属于间壁式换热器的一种，该换热器的有效传热面积较大且结构紧密，流体在内部为湍流流动，有效的提高了传热效率，是管壳式换热器换热性能的5-10倍，由于其高效的换热能力被广泛用于空分，石油，化工等行业。板翅式换热器中最重要的部件是换热芯体，芯体由翅片、隔板及导流片组成。本文所采用板翅式换热器的翅片类型为锯齿型错列翅片，该翅片在流体流动的过程中，有效的发挥了流动边界层的起始段效应，使流体在进入充分发展段前就流动到下一排翅片，并且流体会在上排翅片尾端形成旋涡，进一步增强了流体的强化换热。流体在锯齿型错列翅片中依据翅片形式的不同有三种流动方式，如图2-3所示，第一种为HPD型，其方式为流体流动方向垂直于肋片表面，第二种为LPD型，其方式为流体流动方向平行于肋片表面，第三种为X型，其方式为流体流动方向与肋片有一定的夹角[67]。图2-3锯齿形翅片类型Fig2-3Typeofoffsetstripfins膜除湿空气循环制冷系统中的散热器，初级回热器及次级回热器均为板翅式换热器，换热器内为两个相同型号换热芯体组成的双流程形式，如图2-4所示，芯体采用LPD型锯齿形错列翅片，翅片具体结构参数参见附录一，不同的是散热器和初级回热器中冷热流体为逆流式换热，次级回热器中冷热流体为顺流式换热。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机环境控制系统制冷空调技术现状[J]. 盛健,张华,吴兆林,雷明镜. 制冷学报. 2020(02)
[2]浅谈湿空气物性计算软件CoolProp的应用[J]. 李文博,莫善军. 日用电器. 2019(11)
[3]电子吊舱环控系统研究进展综述[J]. 张忠政,郭良珠,李军,葛磊,张志同,白小峰. 低温与超导. 2019(06)
[4]膜法除湿技术研究进展及应用现状[J]. 包文运,马利君,赵晓丹,杨宁,涂成钦. 应用化工. 2019(06)
[5]全氟磺酸树脂中空纤维膜压缩空气除湿性能研究[J]. 任春波,沈兆欣,吴庆元,付志刚. 宇航计测技术. 2018(06)
[6]多电飞机电动环境控制系统关键技术研究[J]. 孟繁鑫,王瑞琪,高赞军,郑文远,胡文超. 航空科学技术. 2018(02)
[7]空气压缩机吸气端除湿系统研究[J]. 吴云滔,赵军,贾海亮,朱晓琳,胡寿根. 能源工程. 2017(06)
[8]基于闭式空气循环制冷系统的高空舱热力特性研究[J]. 李海涛,张大林. 江苏航空. 2017(03)
[9]中空纤维膜除湿组件的热质传递特性[J]. 赵媛媛,何奎,李斯陶,张立志. 化工学报. 2017(S1)
[10]浅析民用飞机空调制冷技术[J]. 顾仁碗,焦毅. 科技与创新. 2017(11)
博士论文
[1]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]低温空气制冷速冻系统稳态性能的仿真与实验研究[D]. 赵硕.天津商业大学 2013
本文编号：3467938
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