跨临界CO2制冷循环的理论分析与实验研究

论文摘要

CO2作为天然工质,拥有传统HCFCs和HFCs类工质不可比拟的优势,是非常有潜力的工质替代物。因此,大力发展跨临界CO2技术,对于环保和节能具有非常重要的现实意义。本文以跨临界CO2实验平台为研究对象,通过理论分析、实验验证与性能优化相结合,为天然工质CO2推广与应用提供基础资料。天然工质CO2在环保、热力学性质等多方面有明显优势,可以从根本上解决工质替代问题。本文对跨临界CO2单级压缩制冷循环进行了理论分析,对系统高压压力、蒸发温度、气体冷却器和外部热源条件对系统性能的影响进行了较为全面的实验研究。结果表明:存在最优高压压力使系统COP达到最大值;冷却水流量对系统性能影响不明显,工质充注量、蒸发温度、冷冻水流量、冷却水温度和冷冻水温度对系统性能有较大影响;高压压力对气体冷却器换热性能影响不大,而增加管长可以明显改善换热效率,气体冷却器出口温度升高导致制冷量下降和压缩机耗功增加,且最优压力快速增加。使用膨胀机代替节流阀具有明显的性能优势,无论膨胀机效率高低,其性能都优于节流阀循环,提升膨胀机等熵效率,是提高系统性能的重要因素;采用双级压缩是提高循环性能、降低耗功的有效途径。系统比较了跨临界CO2双级压缩制冷循环的性能,分析表明:两级压缩膨胀机循环的性能十分突出;压缩机入口有害过热会对循环性能产生不利影响;取得最佳性能的中间压力并不是高、低压的几何平均值,而是有一定偏差,但对系统性能影响不大。本文建立了CO2/NH3复叠式制冷循环的理论分析,结果表明:存在最优蒸发-冷凝器的中间温度使循环的性能系数达到最大,带膨胀机同时过冷CO2/NH3复叠式制冷循环的理论COP优于传统R22/R13复叠循环和NH3双级循环,回热器的换热效果直接影响系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 2 制冷循环的理论分析'>第2章 跨临界CO₂制冷循环的理论分析
• 2 的综合评价'>2.1 天然工质CO₂的综合评价
• 2.1.1 环保及安全
• 2.1.2 热力学性质
• 2.1.3 流动和传热特性
• 2.1.4 压缩效率
• 2.1.5 稳定性等其它方面因素
• 2 单级压缩制冷循环形式'>2.2 天然工质CO₂单级压缩制冷循环形式
• 2 制冷循环理论分析'>2.3 跨临界CO₂制冷循环理论分析
• 2.3.1 单级压缩制冷循环系统
• 2.3.2 模型建立
• 2.3.3 性能分析
• 2.4 本章小结
• 2 制冷循环的实验研究'>第3章 跨临界CO₂制冷循环的实验研究
• 2 实验平台研究'>3.1 跨临界CO₂实验平台研究
• 3.1.1 实验系统介绍
• 3.1.2 气体冷却器实验研究
• 3.2 实验内容
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 工质充注量分析
• 3.3.2 系统性能分析
• 3.3.3 外部热源条件变化的影响
• 3.3.4 气体冷却器实验分析
• 3.4 本章小结
• 2 制冷循环的优化'>第4章 跨临界CO₂制冷循环的优化
• 2 膨胀机循环理论分析'>4.1 跨临界CO₂膨胀机循环理论分析
• 4.1.1 单级压缩膨胀机循环
• 4.1.2 热力学模型
• 4.1.3 性能分析
• 2 两级压缩制冷循环分析'>4.2 跨临界CO₂两级压缩制冷循环分析
• 4.2.1 循环介绍
• 4.2.2 中间完全冷却两级压缩制冷循环
• 4.2.3 中间完全冷却双级压缩膨胀机制冷循环
• 4.2.4 循环性能比较
• 2/NH₃ 复叠式制冷循环分析'>4.3 CO₂/NH₃复叠式制冷循环分析
• 2/NH₃ 复叠式制冷循环'>4.3.1 基本CO₂/NH₃复叠式制冷循环
• 4.3.2 性能分析
• 2/NH₃ 复叠式制冷循环优化'>4.3.3 CO₂/NH₃复叠式制冷循环优化
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作
• 致谢
• 作者简介
• 详细摘要