1 概述

隨著碳達(dá)峰、碳中和期限的臨近，許多高能耗的工業(yè)用戶越來越重視余熱回收利用，迫切需要通過切實(shí)可行的余熱回收技術(shù)提高能源的綜合利用率

。高溫?zé)岜眉夹g(shù)對熱量的高效轉(zhuǎn)移提質(zhì)成為余熱回收并回歸工業(yè)利用的首選。然而，單級高溫?zé)岜迷诠釡囟瘸^65 ℃時(shí)，經(jīng)濟(jì)性與可推廣性變差

，且無法滿足工業(yè)熱用戶對高品位熱能的要求。復(fù)疊式高溫?zé)岜每朔藛渭壐邷責(zé)岜玫娜毕荩阅芨?，發(fā)展?jié)摿薮?/p>

。

目前，高溫?zé)岜霉べ|(zhì)的研究主要集中在純工質(zhì)、混合工質(zhì)兩方面，由于存在溫度滑移特性，混合工質(zhì)比純工質(zhì)具有顯著的性能優(yōu)勢

，因此混合工質(zhì)的研究成為高溫?zé)岜霉べ|(zhì)研究的主要方向。Zhang等人

、楊衛(wèi)衛(wèi)等人

通過實(shí)驗(yàn)，研究了R245fa與其他混合工質(zhì)在高溫?zé)岜弥械男阅?。Li等人

搭建復(fù)疊式高溫?zé)岜脤?shí)驗(yàn)臺，將自主研發(fā)的兩種混合工質(zhì)(分別自主命名為BY-6、BY-3B)分別作為高、低溫級工質(zhì)，從50 ℃熱源吸熱，冷凝器出水溫度達(dá)170 ℃。

為了提高系統(tǒng)制熱效率，減小不可逆損失，換熱過程應(yīng)逼近Lorenz循環(huán)

，實(shí)現(xiàn)換熱器中混合工質(zhì)與換熱介質(zhì)的溫度匹配。適合的混合工質(zhì)及配比，對于熱泵系統(tǒng)節(jié)能具有重要研究意義。Cheng等人

指出：溫度匹配是影響熱泵系統(tǒng)性能的重要因素。Guo等人

在對改進(jìn)型高溫?zé)岜玫男阅苎芯恐邪l(fā)現(xiàn)，改進(jìn)循環(huán)具有較高制熱性能系數(shù)的原因是換熱流體與工質(zhì)在最佳工況下的溫度匹配比較好。梁坤峰等人

基于高級火用分析方法，探討了非共沸混合工質(zhì)與換熱流體之間的換熱匹配特性。趙鵬程等人

、趙力等人

、宋衛(wèi)東等人

對非共沸混合工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)傳熱、溫差以及相對額外熵增進(jìn)行分析，提出基于溫焓分析的最小熵增法，作為制定換熱器標(biāo)準(zhǔn)工況的理論基礎(chǔ)。余鵬飛等人

針對適用不同工況下混合工質(zhì)組成的選擇問題，基于最小熵增法提出了應(yīng)用于雙溫制冷機(jī)組的混合工質(zhì)的優(yōu)選方法。

目前，對于復(fù)疊式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)低溫級工質(zhì)篩選的實(shí)驗(yàn)研究比較少，已知的優(yōu)選模型有待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文選擇R245fa作為復(fù)疊式高溫?zé)岜孟到y(tǒng)的高溫級工質(zhì)，將R134a、R245fa按不同質(zhì)量比(9∶1、8∶2、7∶3、6∶4)混合后的非共沸混合工質(zhì)(以下簡稱混合工質(zhì))作為低溫級工質(zhì)?；谧钚§卦龇ㄓ?jì)算蒸發(fā)器中混合工質(zhì)的相對額外熵增。以相對額外熵增最小作為目標(biāo)，篩選混合工質(zhì)的最優(yōu)質(zhì)量比。采用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證最小熵增法篩選混合工質(zhì)最優(yōu)質(zhì)量比的可行性。

2 工況及工質(zhì)

在工業(yè)生產(chǎn)中，大量工業(yè)用戶的熱需求集中在100～140 ℃。因此，本文利用復(fù)疊式高溫?zé)岜眉夹g(shù)對溫度范圍為20～40 ℃的熱源水進(jìn)行利用，制取110～130 ℃的熱水。設(shè)定工況見表1。

硝基咪唑類藥物是一類人工合成的抗菌藥物，是由咪唑在濃硫酸中硝化而得，5-硝基咪唑是重要醫(yī)藥中間體[12]。

在選擇高、低溫級工質(zhì)時(shí)，須考慮冷凝器的最大承壓能力(2.6 MPa)以及高、低溫級工質(zhì)的最高冷凝溫度(134、95 ℃)。高溫級工質(zhì)選用R245fa，臨界溫度為154 ℃，冷凝溫度為134 ℃時(shí)對應(yīng)的飽和壓力為2.53 MPa。對于低溫級工質(zhì)，選取R134a作為基礎(chǔ)循環(huán)工質(zhì)，其單位容積制熱量比較高，制熱能力比較好，但在中高溫工況下的冷凝壓力和排氣溫度均比較高，當(dāng)冷凝溫度為80 ℃時(shí)，對應(yīng)的飽和壓力為2.63 MPa，超過冷凝器最大承壓能力。與R134a相比，R245fa具有冷凝壓力及排氣溫度低的特點(diǎn)，缺點(diǎn)在于單位容積制熱量偏低，因此選用R245fa作為添加組元，將R134a、R245fa按不同質(zhì)量比(9∶1、8∶2、7∶3、6∶4)混合后的混合工質(zhì)作為低溫級工質(zhì)。

3 最小熵增法

混合工質(zhì)熱泵循環(huán)與單工質(zhì)熱泵循環(huán)的區(qū)別在于：混合工質(zhì)在相變時(shí)壓力不變，溫度發(fā)生變化?；旌瞎べ|(zhì)通過溫度滑移與熱源水進(jìn)行溫度匹配，可減少換熱過程中的不可逆損失。為了盡可能實(shí)現(xiàn)混合工質(zhì)與熱源水的換熱溫差在換熱器中的任意位置保持相等，根據(jù)溫焓關(guān)系建立蒸發(fā)器中由溫差傳熱產(chǎn)生的熵增模型，計(jì)算各工況下蒸發(fā)器內(nèi)由于傳熱溫差產(chǎn)生的相對額外熵增。以相對額外熵增最小作為目標(biāo)，篩選混合工質(zhì)的最優(yōu)質(zhì)量比。

總之，沙特這樣的鐵桿盟友出了“卡舒吉事件”這樣的幺蛾子，使得美國處于被動地位，而伊朗的外部壓力因此得到某種程度上的緩解?！柏i一樣的隊(duì)友”效應(yīng)實(shí)際上也幫了伊朗大忙。

3.1 最小熵增法模型

在低溫級工質(zhì)與熱源水換熱過程中，進(jìn)行以下設(shè)定：傳熱過程為常熱流穩(wěn)態(tài)傳熱，混合工質(zhì)質(zhì)量比不變。傳熱過程中熱源水的物性參數(shù)不變。蒸發(fā)壓力不變，且無換熱損失。

將蒸發(fā)器內(nèi)混合工質(zhì)與熱源水的換熱過程簡化為雙通道逆流換熱，簡化模型見圖1。計(jì)算不同混合工質(zhì)質(zhì)量比下的熵增變化時(shí)，以換熱過程中溫差最小值為基準(zhǔn)，進(jìn)行溫差傳熱熵增計(jì)算，從而計(jì)算相對額外熵增。相對額外熵增越大，循環(huán)越偏離Lorenz循環(huán)，換熱產(chǎn)生的不可逆損失越大，換熱效率降低。

混合工質(zhì)相對額外熵增

的計(jì)算式為

：

e,r,

——第

個點(diǎn)的混合工質(zhì)溫度，℃

(1)

(2)

(3)

=

-Δ

2012年前后，杭州市政府大力探索智慧城市建設(shè)，區(qū)域醫(yī)療信息化建設(shè)推進(jìn)迅速，希望實(shí)現(xiàn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)互聯(lián)互通，達(dá)成“智慧醫(yī)療”概念。最終，市民卡成為患者進(jìn)入杭州醫(yī)療服務(wù)體系的一個“公共載體”。這些網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為醫(yī)院一系列后續(xù)流程變革創(chuàng)造了條件。

(4)

Δ

——熱源水與混合工質(zhì)的最小換熱溫差，℃

(5)

式中

——混合工質(zhì)相對額外熵增

各工況不同質(zhì)量比的混合工質(zhì)、熱源水在蒸發(fā)器內(nèi)的溫度分布見圖2～4。為便于分析，將蒸發(fā)器長度取為1，并將混合工質(zhì)進(jìn)口作為原點(diǎn)。各工況的混合工質(zhì)理論相對額外熵增(由理論計(jì)算結(jié)果得到的相對額外熵增)見表2。由表2可知，3種工況最小理論相對額外熵增對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。由圖2～4可知，當(dāng)工況1～3的混合工質(zhì)質(zhì)量比為9∶1、8∶2、8∶2時(shí)，混合工質(zhì)與熱源水的換熱溫差在蒸發(fā)器沿程的波動最小。這說明2種流體溫度匹配最好，換熱不可逆損失最小。

Δ

——蒸發(fā)過程中換熱溫差為最小溫差時(shí)的熵增，J/K

——混合工質(zhì)的平均溫度，℃

3種工況的蒸發(fā)器進(jìn)口熱源水與蒸發(fā)器出口混合工質(zhì)的溫差分別為3～5、4～5、5～7 ℃，并據(jù)此選取合適的蒸發(fā)壓力(見表2)。3種工況的冷凝器進(jìn)口工質(zhì)與冷凝器出口熱水的溫差均設(shè)定為0.5 ℃。

——熱源水的平均溫度，℃

另外，“吃禁果”是男女之情的隱喻，摩西說得過于委婉，可人們還是猜得出來，繁衍后代就等于生生不息，永遠(yuǎn)不死了。

——將蒸發(fā)器沿程均分成的段數(shù)

1.2.1 與化學(xué)殺菌劑復(fù)合使用 化學(xué)防腐劑在果蔬采后病害防治中效果顯著，而單獨(dú)使用拮抗菌很難達(dá)到這樣的效果。因此，可以通過添加低劑量的化學(xué)防腐劑來增強(qiáng)拮抗菌的防治效果，有些甚至能夠100%抑制病原菌的侵染[16]。Errampalli等[17]將低劑量的cypronidil和Pseudomonas syringae復(fù)合使用，較單獨(dú)使用菌劑，能更加有效地控制蘋果青霉病。Qin和Tian[18]發(fā)現(xiàn)，低劑量的imazalil和Cryptococcus laurentii復(fù)合使用，對棗病害防治效果遠(yuǎn)優(yōu)于兩個菌劑單獨(dú)使用。

——最小換熱溫差時(shí)混合工質(zhì)的平均溫度，℃

在新政府會計(jì)制度下，政府預(yù)算會計(jì)和財(cái)務(wù)會計(jì)之間關(guān)系較為明晰，可以根據(jù)政府撥款情況將兩者關(guān)系進(jìn)行體現(xiàn)。但是針對預(yù)算支出、資金應(yīng)用、資金應(yīng)用效果等，無法在該體系中深入展現(xiàn)。同時(shí)，為了促進(jìn)預(yù)算會計(jì)和財(cái)務(wù)會計(jì)的融合，還要對兩者脈絡(luò)進(jìn)行梳理，讓政府會計(jì)職責(zé)得到快速落實(shí)，加強(qiáng)對政府會計(jì)監(jiān)管，促進(jìn)政府會計(jì)管理水平提升。但是從目前情況來說，由于政府預(yù)算會計(jì)和財(cái)務(wù)會計(jì)在會計(jì)基礎(chǔ)上存在差異，假設(shè)沒有對其進(jìn)行科學(xué)劃分，將會給后續(xù)政府決策編制帶來影響，阻礙政府會計(jì)工作今后發(fā)展。

e,w,

——第

個點(diǎn)的熱源水溫度，℃

Δ

=min{

e,w,

-

e,r,

}

3.2 計(jì)算方法

采用MATLAB編程計(jì)算，在計(jì)算過程中：忽略與周邊環(huán)境的傳熱。壓縮過程為等熵壓縮，節(jié)流過程為等焓節(jié)流?；旌瞎べ|(zhì)與熱源水為逆流換熱，忽略系統(tǒng)中所有的換熱損失與壓力降。高、低溫級工質(zhì)在蒸發(fā)器、冷凝器等出口均為飽和狀態(tài)。工質(zhì)(包括混合工質(zhì))的熱物性參數(shù)通過調(diào)用REFPROP9.1軟件獲取。

案例2：金壇區(qū)長蕩湖清淤工程。長蕩湖是集防洪調(diào)蓄、水資源、生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)養(yǎng)殖、氣候調(diào)節(jié)及旅游等功能于一體的淺水型湖泊，其供水水質(zhì)和水量對太湖至關(guān)重要。根據(jù)2012年5月監(jiān)測，長蕩湖水質(zhì)屬于V-劣V類水質(zhì)，長蕩湖表層沉積物中重金屬污染生態(tài)危害非常嚴(yán)重，進(jìn)行底泥疏浚將其清除，迫在眉睫。

2.7 圖表 每幅圖單獨(dú)占1頁，集中附于文后，表格隨正文附出。圖表應(yīng)按其在正文中出現(xiàn)的先后次序連續(xù)編碼，并應(yīng)冠有圖(表)題。說明性的資料應(yīng)置于圖(表)下方注釋中，并在注釋中標(biāo)明圖表中使用的全部非共知共用的縮寫。本刊采用三橫線表(頂線、表頭線、底線)，如遇有合計(jì)或統(tǒng)計(jì)學(xué)處理行(如t值、P值等)，則在此行上面加一條分界橫線;表內(nèi)數(shù)據(jù)要求同一指標(biāo)有效位數(shù)一致，一般按標(biāo)準(zhǔn)差的1/3確定有效位數(shù)。線條圖應(yīng)墨繪在白紙上，高寬比例為5∶7左右。計(jì)算機(jī)繪制圖者應(yīng)提供激光打印圖樣。凡能使用文字表達(dá)清楚的內(nèi)容，盡量不用表和圖，如使用表和圖，則文中不必重復(fù)其數(shù)據(jù)，只需摘述其主要內(nèi)容。

根據(jù)上述設(shè)定進(jìn)行計(jì)算，求得各工況下蒸發(fā)器進(jìn)出口混合工質(zhì)的比焓。將簡化后的蒸發(fā)器分為20段，設(shè)定每段的混合工質(zhì)比焓變化量、熱源水溫度變化量均相同，求得蒸發(fā)器沿程21個點(diǎn)處的混合工質(zhì)比焓、熱源水溫度。由混合工質(zhì)的蒸發(fā)壓力和各點(diǎn)的比焓，可計(jì)算得到混合工質(zhì)在蒸發(fā)器21個點(diǎn)處的溫度，最后由式(1)～(5)計(jì)算混合工質(zhì)相對額外熵增。

3.3 理論計(jì)算結(jié)果與分析

Δ

——由于溫差改變導(dǎo)致的熵增，J/K

2.3 角度調(diào)節(jié)閥用于連接操縱桿和探測儀盒并調(diào)節(jié)探測儀盒的角度，見圖2。其由操縱桿連接部、角度調(diào)節(jié)旋鈕和盒尾連接部組成，操縱桿連接部中空，尾端開口，內(nèi)腔與操縱桿前端的空心套管的形狀大小匹配，以便套合于操縱桿的頂端;角度調(diào)節(jié)旋鈕位于操縱桿連接部和盒尾連接部之間，用于調(diào)節(jié)盒尾連接部的角度;盒尾連接部呈板狀或棍狀，用于與探測儀盒的盒尾銜接。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

采用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證最小熵增法篩選混合工質(zhì)最優(yōu)質(zhì)量比的可行性。

4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)地為天津。復(fù)疊式高溫?zé)岜脤?shí)驗(yàn)系統(tǒng)見圖5。系統(tǒng)由4個循環(huán)構(gòu)成：熱源水循環(huán)、低溫級工質(zhì)循環(huán)、高溫級工質(zhì)循環(huán)、熱水循環(huán)。高、低溫級分別為兩個壓縮式熱泵循環(huán)，由蒸發(fā)冷凝器連接冷凝器與蒸發(fā)器，蒸發(fā)器從可調(diào)節(jié)水溫的恒溫水箱(制備熱源水)取熱，冷凝器制備熱水。熱源水在蒸發(fā)器中將熱量傳給低溫級工質(zhì)后回到恒溫水箱后升溫并維持溫度穩(wěn)定。熱水在冷凝器吸收熱量后經(jīng)過散熱器放熱后繼續(xù)回到循環(huán)中吸熱，為保證熱水溫度在超過100 ℃后仍為液態(tài)，熱水循環(huán)系統(tǒng)為封閉帶壓系統(tǒng)。主要裝置額定參數(shù)見表3。

實(shí)驗(yàn)中，高溫級工質(zhì)選用R245fa，低溫級工質(zhì)為不同質(zhì)量比的R134a、R245fa混合工質(zhì)。通過調(diào)節(jié)恒溫水箱溫度及熱源水流量，保證熱源水進(jìn)出蒸發(fā)器溫度滿足工況1～3的需要。當(dāng)熱水溫度分別達(dá)到目標(biāo)溫度(110、120、130 ℃)時(shí)，打開散熱器放熱，使熱水溫度在各工況下穩(wěn)定30 min，視為系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，記錄數(shù)據(jù)。測量儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、渦輪流量計(jì)、功率表等，參數(shù)見表4。測量數(shù)據(jù)由Agilent 34972A型數(shù)據(jù)采集儀采集記錄。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為10 s。

系統(tǒng)制熱性能系數(shù)為系統(tǒng)制熱量與壓縮機(jī)(包括低溫壓縮機(jī)、高溫壓縮機(jī))耗電功率之比，系統(tǒng)制熱量根據(jù)熱水進(jìn)出冷凝器的溫度與流量進(jìn)行計(jì)算。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

① 系統(tǒng)性能

各工況不同混合工質(zhì)質(zhì)量比對應(yīng)的系統(tǒng)制熱性能系數(shù)見表5。需要說明的是，由于工況3的蒸發(fā)溫度比較高，受低溫壓縮機(jī)功率的限制，無法進(jìn)行工況3混合工質(zhì)質(zhì)量比為9∶1的實(shí)驗(yàn)，因此表5中缺少一組數(shù)據(jù)。由表5可知，3種工況最高系統(tǒng)制熱性能系數(shù)對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。根據(jù)系統(tǒng)制熱性能系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出的最優(yōu)混合工質(zhì)質(zhì)量比，與采用最小熵增法的理論篩選結(jié)果一致。

② 實(shí)驗(yàn)相對額外熵增

各工況不同混合工質(zhì)質(zhì)量比對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)相對額外熵增(由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的相對額外熵增)見表6。由表6可知，3種工況最小實(shí)驗(yàn)相對額外熵增對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。實(shí)驗(yàn)獲得的各工況的最優(yōu)混合工質(zhì)質(zhì)量比與理論分析結(jié)果一致，驗(yàn)證了理論方法的正確性。由表2、6可知，相同條件下實(shí)驗(yàn)相對額外熵增比理論相對額外熵增稍高，這主要是由于理論模型沒有考慮混合工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的壓力降和組分遷移的影響。

5 結(jié)論

① 由理論計(jì)算結(jié)果可知：3種工況最小理論相對額外熵增對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。當(dāng)工況1～3的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2時(shí)，混合工質(zhì)與熱源水的換熱溫差在蒸發(fā)器沿程的波動最小。

除凱利板業(yè)外，總投資達(dá)32億元的荊門萬華生態(tài)家居有限公司一期投資8億元引進(jìn)了德國生態(tài)秸稈板生產(chǎn)線設(shè)備。該生產(chǎn)線是全球最大零甲醛秸稈板連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線，“首板”已于8月成功下線，可年產(chǎn)25萬立方米秸稈生態(tài)板。二期投資2億元建設(shè)的年產(chǎn)800萬平方米貼面板生產(chǎn)線將于年底完成。目前，這兩家板材企業(yè)已成為東寶區(qū)綠色建材家居產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)。

② 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：3種工況最高系統(tǒng)制熱性能系數(shù)對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。根據(jù)系統(tǒng)制熱性能系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出的最優(yōu)混合工質(zhì)質(zhì)量比，與采用最小熵增法的理論篩選結(jié)果一致。3種工況最小實(shí)驗(yàn)相對額外熵增對應(yīng)的混合工質(zhì)質(zhì)量比分別為9∶1、8∶2、8∶2。實(shí)驗(yàn)獲得的各工況的最優(yōu)混合工質(zhì)質(zhì)量比與理論分析結(jié)果一致，驗(yàn)證了理論方法的正確性。

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