热功复合驱动循环机理与HFC/酰胺类工质对汽液相平衡研究
热功复合驱动逆循环由于可以利用低品位热作为驱动热源获取高品位的冷，以及采用无臭氧消耗潜力和全球变暖潜力的天然工质，受到越来越多的关注。本文着眼于低温废热、太阳能等低品位热在制冷领域的应用，从能的品位出发，在理论上研究热功复合驱动逆循环的循环耦合和能量互补机理，并通过模拟结果进行了验证;同时开展了HFC/酰胺类新型工质对的探索与研究。其主要研究内容如下:
首先，开展了热转换系统能的品位研究，基于功、热和冷的品位分析，指出逆循环系统的热转换遵从能的品位匹配原则，低品位热驱动的吸收式循环通常用于制取低品位的冷，消耗机械功的压缩式循环用于制取高品位的冷，不同品位的逆循环之间的组合可以提高系统的热力学完善度，具有节能效果。
其次，基于对吸收式循环基本特性的分析，获得了关于极限制冷温度和行为转变现象的新认知;并以此为基础，分析了热功复合驱动制冷循环的循环耦合和能量互补过程，揭示了其中极值存在和演变的本质机理，为循环变工况特性研究和参数优化建立了基础。理论上，热功复合驱动制冷循环可视为吸收子循环与压缩子循环的耦合，两个子循环在复合驱动制冷过程中始终存在着能量互补和竞争。随着压缩机出口压力的变化，复合制冷循环的热利用率先是快速升高，达到一最大值后不断降低。也就是说，在出口压力不断变化的过程中存在一个最佳功热比，使得复合制冷循环热利用率最佳，性能最优。
再次，以R134a-DMF热功复合驱动制冷循环的模拟分析，验证了能的品位匹配和能量互补的原理，详细阐明了热功复合驱动制冷循环存在两个子循环的梯级制冷构型的节能本质。结果表明，由于复合制冷循环存在吸收子循环的热压缩作用，将制冷温度从环境温度降到一定值，而压缩子循环通过机械功的作用进一步获得低温效果，在这过程中复合制冷循环表现出两个子循环的能量互补和梯级的制冷构型，使循环获得低品位热独立驱动的吸收制冷循环无法获得的低温制冷效果，而这常常是通过消耗更多电能的压缩制冷循环才能得到。
此外，对于HFC+酰胺体系，筛选出了R152a+DMF和R152a+DMAC两个体系作为潜在替代工质对;采用静态法测定了在293.15K～353.15K温度范围以及0.1～2.0MPa压力范围内的汽液相平衡数据;以NRTL模型对实验数据进行关联，计算结果与实验结果构成了较好的吻合，表明两个体系的VLE数据均可以用NRTL模型进行关联。另外，从分子结构出发，用氢键理论解释了HFC制冷剂与酰胺类吸收剂亲和性存在的差异;结合制冷剂的热物性，将实验体系R152a+DMF和R152a+DMAC与常用体系的循环性能进行了比较，结果表明，R152a+DMF和R152a+DMAC均具有作为吸收式工质对的潜力。
最后，着眼于热功复合驱动逆循环在分布式能源系统的应用，基于对写字楼和饭店类建筑夏季典型日逐时冷负荷需求分布特点和北京夏季太阳能辐射特点的分析，构建了太阳能/功复合驱动逆循环与压缩制冷循环组成的复合供冷模式对写字楼和饭店类建筑夏季进行供冷。通过计算，对复合供冷模式与常规的压缩制冷循环供冷模式的能耗进行了比较，证实了太阳能/功复合驱动逆循环在实际应用的节能效果，具有一定的应用潜力。
复合循环;低品位热;汽液相平衡;循环机理
北京化工大学
博士
化学工程与技术
郑丹星
2013
中文
TB616
134
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）