论文题目: CO2跨临界循环膨胀机理与转子式膨胀机—压缩机研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 管海清
导师: 马一太
关键词: 跨临界循环,膨胀机理,膨胀机压缩机,仿真模型
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 环境问题的凸现,使自然工质CO2作为传统工质的替代物重新回到制冷空调领域。本文的主要研究目的就是努力提高CO2跨临界循环系统的性能,使之达到与传统工质相应的COP,促使CO2空调热泵系统早日走向实际有效应用,为传统工质的替代提供最终解决方案,实现空调热泵技术的可持续发展。本文根据对目前国内外对自然工质CO2跨临界循环系统的理论和实验研究现状的分析,以提高系统效率为目标,对CO2热泵系统的性能提升潜力进行了理论分析,并且以CO2跨临界循环性能提高最具价值的膨胀机-压缩机技术研究为核心,为CO2空调热泵技术走向实际有效应用提供理论依据和技术支持。CO2跨临界循环的特点为系统压力较高、简单循环运行效率较低。本文针对其高压特点,分析了系统的安全性及其最优压力对系统性能的影响。为提高CO2跨临界循环系统的性能,对简单蒸气压缩制冷循环进行的主要技术改进方案可分为两类:减小节流损失;减小放热过程不可逆损失,使放热过程向等温放热过程逼近。通过引入回热器、喷射器、经济器、膨胀机等辅助制冷部件来缩小实际循环与卡诺循环的差别。在热力学理论的指导下,对于各种新型循环方式的系统性能提高潜力进行评价。本文根据热力学理论,对超临界CO2降压、闪蒸过程膨胀做功与能量输出特性方面进行理论上的探讨。对气液相变中的亚稳平衡特性进行研究,分析影响相变延迟的因素。建立膨胀机膨胀过程中CO2过热液的成核长大热力学模型,计算CO2气化核心的临界半径和临界势垒。通过CO2过热液中能量涨落值与其临界势垒值的对比,分析非平衡相变发生的条件。探讨通过干扰降低膨胀过程生成气化核心的能量势垒,促进相变发生的机理与可行性。采用膨胀机对于提高CO2跨临界循环系统性能具有特殊重要的意义。为减小能量转换和储存损失,尽量提高系统效率,膨胀机所产生的机械功应该被直接利用,可使膨胀机和压缩机同轴联接。研制CO2膨胀机-压缩机是推动CO2走向有效应用的重要途径。以摆动转子式膨胀机-压缩机为开发对象,采用新型的轴向进气控制方案并根据系统容量计算出设计参数。运用摩擦学系统分析影响CO2膨胀机-压缩机润滑性能的因素。对用于CO2跨临界循环系统的四类合成润滑油POE、PAG、PAO、AN/AB的主要性能如混合性、流动性、可溶性、粘温特性、稳定性和润滑性进行分析比较。以膨胀机-压缩机的工作过程(吸气、压缩、排气;进气、膨胀、排气)为研究对象,综合考虑各种因素,建立起工作过程的数学模型并进行数值求解。求出膨胀机-压缩机中工质的主要热力参数(如压力、温度、比容),以及其它特性(如泄漏
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 CO_2跨临界循环的应用研究
1.3 CO_2跨临界循环系统关键部件的研究
1.4 本课题研究的内容及意义
1.5 本章小结
第二章 CO_2跨临界循环的理论分析
2.1 CO_2跨临界循环特点分析
2.2 CO_2热泵循环性能提高技术分析
2.3 本章小结
第三章 CO_2膨胀机内膨胀过程的机理分析
3.1 液体的准晶格理论
3.2 CO_2膨胀机的膨胀功分析
3.3 气液相变中的亚稳平衡分析
3.4 CO_2膨胀机膨胀过程的相变延迟分析
3.5 亚稳态过热极限分析
3.6 亚稳平衡下的成核机理模型
3.7 干扰对相变的影响
3.8 本章小结
第四章 CO_2跨临界循环膨胀机-压缩机的设计分析
4.1 膨胀机的由来
4.2 膨胀机的最优容积比
4.3 CO_2摆动转子膨胀机-压缩机的设计计算
4.4 摆动转子式膨胀机的进气控制阀
4.5 CO_2膨胀机-压缩机的摩擦学系统分析
4.6 CO_2跨临界循环系统润滑油分析
4.7 将来新型膨胀机的发展
4.8 本章小结
第五章 CO_2摆动转子膨胀机-压缩机的模拟
5.1 膨胀机-压缩机的模拟模型
5.2 膨胀机-压缩机转子的运动分析
5.3 膨胀机-压缩机转子的动力学分析
5.4 膨胀机-压缩机的泄漏损失分析
5.5 摆动转子压缩机的模拟
5.6 摆动转子膨胀机的模拟
5.7 模拟计算过程
5.8 本章小结
第六章 CO_2膨胀机-压缩机的研制与实验
6.1 CO_2膨胀机-压缩机的研制加工过程
6.2 CO_2膨胀机-压缩机性能测试实验台
6.3 性能测试实验研究内容与方法
6.4 性能测试实验结果及分析
6.5 干扰因素对CO_2膨胀机性能影响的实验研究
6.6 本章小结
第七章 结论、创新点及今后的研究方向
7.1 主要结论
7.2 论文的创新之处
7.3 今后的研究方向
参考文献
攻读博士期间发表论文及科研情况
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
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