双效斯特林制冷及其与吸收式耦合性能的研究

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我国建筑能耗巨大,以太阳能,余热废热以及天然气燃烧热等作为驱动热源的热驱动制冷系统受到了越来越多的关注,其中,热驱动斯特林制冷系统主要利用中高温度的热能,热驱动吸收式制冷系统主要利用中低温度的热能,因此,有必要研究热驱动斯特林制冷系统和热驱动吸收式制冷系统及其耦合系统的性能。首先根据双效斯特林制冷机的结构组成和工作原理,分析解耦间歇运动的双效斯特林制冷机工作过程和优点,建立了间歇运动双效斯特林制冷机的绝热数学模型并引入热损失机制,包括回热器热损失、穿梭热损失和传导热损失。分析了压缩比对系统性能的影响,为了满足变工况下斯特林热机与制冷机功相等的约束,采用了降低热腔温度和增大热机死体积两种方法来调节热机的输出功。通过与实验相对卡诺效率结果进行比较,验证间歇运动双效斯特林制冷机计算结果的合理性,在冷腔温度cT为5℃,室温腔温度Twc在35℃~50℃范围内时,间歇运动双效斯特林制冷机的综合性能系数COP为1.02~1.397。在非设计工况下,由于降低了热腔温度或增大了热机的死体积COP可降低4.41%。此外,与降低热腔温度相比,增加死体积可使COP的整体性能提高7.12%。其次根据合理假设,建立单效/双效溴化锂吸收式制冷机的稳态模型,利用MATLAB求解吸收式制冷系统的数学模型并进行了验证,最后分析热源水进口温度和流量、冷却水进口温度和流量、冷冻水出口温度和流量等外部运转参数对系统性能的影响。最后通过间歇运动双效斯特林制冷机与吸收式制冷机的比较,发现间歇运动双效斯特林制冷机的性能COP大于单效吸收式制冷机,但是相对卡诺效率小于单效吸收式制冷机。为充分发挥两者的优点,提出了双效斯特林制冷机与吸收式制冷机的耦合方案,即利用间歇运动双效斯特林制冷机的热机室温腔余热驱动单效吸收式制冷机。在耦合条件下,耦合制冷系统的性能COP比间歇运动双效斯特林制冷机提升17.88%。本文研究了间歇运动双效斯特林制冷机及其与吸收式耦合系统的性能,对提升热驱动制冷系统的性能、改善能源利用率具有重要意义。
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