努森泵与涡流管复合的新型制冷系统理论研究及运用
发布时间：2020-08-14 18:18
【摘要】：基于热流逸效应的努森泵具有使用环保、结构简单、无运动部件、无需润滑以及可以利用低品位能源等众多优点,受到广泛关注。努森泵由冷腔、热腔以及微通道等组成,当微通道中存在热流逸效应时,气体会从冷腔流向热腔,因此努森泵具有升压效应。涡流管拥有冷量可调、构造简单以及无可动部件等特点,也被广泛关注。基于涡流管内的涡旋效应,流体会分成冷、热两股流体,因此其具有制冷以及制热效应。结合两者优点,开发一种新型制冷系统。这种新型制冷系统无运动部件、结构简单、能利用低品位能量,且可根据环境冷量需求进行串并联组合。这为节能减排,建设环境友好型社会提供了一种新思路。本文首先建立了努森泵与涡流管复合的新型制冷系统,其由两个子系统组成,分别是努森泵子系统、涡流管子系统。其次,分别对新型制冷系统的重要部件努森泵以及涡流管进行了性能分析并对系统进行了实验设计。针对努森泵,研究了微通道结构以及气体性质对气体的净质量流量以及压力性能的影响,且运用了一种多物理场耦合(COMSOL Multiphysics)软件对努森泵内He的流动进行了模拟研究。结果表明:微通道结构对气体净质量流量以及压力影响较大,气体性质对气体净质量流量、压力影响相对较小。气体在不同形状微通道中流动应注意其净质量流量以及压力随微通道长度变化情况。根据仿真结果,我们对努森泵内压力分布、温度分布以及速度分布图有了更清晰的了解,对微通道内处于过渡流状态的He流动有了一个直观的认识针对涡流管,分析了 He入口参数(压力、温度)对涡流管性能(制冷效应、制热效应、制冷效率、制热效率)的影响。结论表明:当涡流管He进口压力增大时,其制冷效应增大,同时制热效应也增大。当He入口压力在0.7～3MPa范围内,增加进口温度对制冷、制热效应效果更为明显。随着涡流管中He冷流率的增加,其制冷效应是先增大而后减小,制热效应也有同样的变化规律。当He冷流率为0.3时,涡流管制冷效应取得最大值;当He冷流率为0.6时,涡流管制热效应取得最大值。当涡流管中He冷流率增加时,其制冷效率、制热效率的变化与制冷效应、制热效应的变化规律一致。当He冷流率为0.5,此时涡流管的制热效率取得最大值,制冷效率也取得最大值。当涡流管内流动介质为气体介质时,拥有较大绝热指数以及定压比热容的气体对制冷效应以及制冷效率较为有益。最后基于整个系统,研究了多种因素对新型制冷系统效率以及能耗的影响。由结果可得:当气体压力比增大时,处于过渡流状态时最大系统效率均大于气体处于自由分子流状态时最大系统效率。随着系统出口温度的增加,不论气体处于哪种状态(过渡流状态、自由分子流状态),系统效率均是减小的。随着系统冷流率的增加,不管气体处于什么状态(过渡流状态、自由分子流状态),系统效率均是增大的。经过计算,一个50m2的中控室,一年需要冷量19194kW,通过使用新型的制冷系统,一年就可节约人民币11132.52元(换算成用电量)。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH38
【图文】：
制冷效果、结构简单、节能、经济可靠等优点是非常有可能的。逡逑１．２传统的制冷技术逡逑传统的制冷有四种（液体汽化、气体膨胀、涡流管、热电）制冷方式，如图１－２所逡逑示，其中较为常见、使用最多的重要制冷方式为液体汽化制冷。逡逑？？？？？？？？？？逡逑蒸发器逡逑ｍｍｍ邋］［逦低压逡逑ＩＩ邋ｍｉ邋ｍｉ邋ＩＩ逦￣Ｔ１邋￣｜邋ｎ逡逑ｍ邋Ｉ邋ｍｌ逡逑ｕｕｕｕｕｕ邋蒸气逡逑冷凝器逡逑（ａ）热电制冷冷逡逑（0）液体汽化制冷逡逑图１－２传统制冷方式逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ邋ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ逡逑液体汽化制冷方式又可以分为四种（蒸汽吸附、蒸汽喷射、蒸汽压缩、蒸汽吸收）逡逑制冷，由于工作原理有所差别，其制冷方式以及制冷效果均有所不同。逡逑３逡逑
ＫｎｕｄＳｅｎ［１３］最早提出多级努森泵串联升压的概念，多级串联的努森泵其压力比可达１０左逡逑右。接着Ｇｕｐｔａ等Ｍ和Ａｎ等为了获得较高的压缩比，制造出４８级和１６２级串联的微逡逑型努森泵（如图１－３所示），最高压缩比达到１０９左右。此外，８0以等［１６】从一个新的逡逑角度出发，他不仅将努森泵进行串联，而且也将努森泵进行并联，最终形成一个矩阵式逡逑努森泵组，研究结果显示，这种矩阵式努森泵比之前的努森泵升压能力更强。逡逑ＫＨＰｊ＾邋ＯＵＴ邋ｐｏｒｔ逡逑a颍摺鲥义息儒危ǎ猓╁义贤迹保冲澹保叮布洞呐檬滴锿迹ǎ幔╁澹郏保眩菁氨趁嫱迹ǎ叮╁澹湾义希疲椋纾澹保冲澹校瑁螅椋悖幔戾澹洌颍幔鳎椋睿珏澹铮驽澹耄睿酰洌螅澹铄澹穑酰恚疱澹椋铄澹螅澹颍椋澹箦澹幔翦澹保叮插澹螅簦幔纾澹箦义仙剐阅苁桥玫囊桓鲋匾阅芴逑郑髁恳彩呛饬颗玫闹匾问Ｒ蛭义吓貌唤龆云褰猩梗捕云褰惺渌汀：饬颗玫牧髁啃阅芤话悴捎弥柿垮义狭髁坎问６扑阒柿苛髁浚话闶遣捎玫氖牵樱瑁幔睿穑铮觯欤保贰磕Ｐ汀；诖四Ｐ停停悖危幔恚幔颍徨义系龋慷耘玫牧髁拷辛搜芯浚涞玫降呐弥柿苛髁课常欤ǎ蓿茫茫撸椤５堑ゼ跺义吓糜捎谄涑叽缧。柿苛髁拷闲。虼诵瓒耘媒胁⒘僮鳌＃牵酰穑簦岬龋筒捎缅义暇哂幸欢ㄎ⒖茁屎涂拙督闲〉牡姆惺创媾玫奈⑼ǖ
本文编号：2793376
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH38
【图文】：
制冷效果、结构简单、节能、经济可靠等优点是非常有可能的。逡逑１．２传统的制冷技术逡逑传统的制冷有四种（液体汽化、气体膨胀、涡流管、热电）制冷方式，如图１－２所逡逑示，其中较为常见、使用最多的重要制冷方式为液体汽化制冷。逡逑？？？？？？？？？？逡逑蒸发器逡逑ｍｍｍ邋］［逦低压逡逑ＩＩ邋ｍｉ邋ｍｉ邋ＩＩ逦￣Ｔ１邋￣｜邋ｎ逡逑ｍ邋Ｉ邋ｍｌ逡逑ｕｕｕｕｕｕ邋蒸气逡逑冷凝器逡逑（ａ）热电制冷冷逡逑（0）液体汽化制冷逡逑图１－２传统制冷方式逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ邋ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ逡逑液体汽化制冷方式又可以分为四种（蒸汽吸附、蒸汽喷射、蒸汽压缩、蒸汽吸收）逡逑制冷，由于工作原理有所差别，其制冷方式以及制冷效果均有所不同。逡逑３逡逑
ＫｎｕｄＳｅｎ［１３］最早提出多级努森泵串联升压的概念，多级串联的努森泵其压力比可达１０左逡逑右。接着Ｇｕｐｔａ等Ｍ和Ａｎ等为了获得较高的压缩比，制造出４８级和１６２级串联的微逡逑型努森泵（如图１－３所示），最高压缩比达到１０９左右。此外，８0以等［１６】从一个新的逡逑角度出发，他不仅将努森泵进行串联，而且也将努森泵进行并联，最终形成一个矩阵式逡逑努森泵组，研究结果显示，这种矩阵式努森泵比之前的努森泵升压能力更强。逡逑ＫＨＰｊ＾邋ＯＵＴ邋ｐｏｒｔ逡逑a颍摺鲥义息儒危ǎ猓╁义贤迹保冲澹保叮布洞呐檬滴锿迹ǎ幔╁澹郏保眩菁氨趁嫱迹ǎ叮╁澹湾义希疲椋纾澹保冲澹校瑁螅椋悖幔戾澹洌颍幔鳎椋睿珏澹铮驽澹耄睿酰洌螅澹铄澹穑酰恚疱澹椋铄澹螅澹颍椋澹箦澹幔翦澹保叮插澹螅簦幔纾澹箦义仙剐阅苁桥玫囊桓鲋匾阅芴逑郑髁恳彩呛饬颗玫闹匾问Ｒ蛭义吓貌唤龆云褰猩梗捕云褰惺渌汀：饬颗玫牧髁啃阅芤话悴捎弥柿垮义狭髁坎问６扑阒柿苛髁浚话闶遣捎玫氖牵樱瑁幔睿穑铮觯欤保贰磕Ｐ汀；诖四Ｐ停停悖危幔恚幔颍徨义系龋慷耘玫牧髁拷辛搜芯浚涞玫降呐弥柿苛髁课常欤ǎ蓿茫茫撸椤５堑ゼ跺义吓糜捎谄涑叽缧。柿苛髁拷闲。虼诵瓒耘媒胁⒘僮鳌＃牵酰穑簦岬龋筒捎缅义暇哂幸欢ㄎ⒖茁屎涂拙督闲〉牡姆惺创媾玫奈⑼ǖ
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