单级压缩自动复叠制冷系统在速冻中的应用与研究

论文摘要

目前国内许多院校及研究部门正在研究单级压缩非共沸工质自动复叠制冷系统实现-65℃以下低温的课题,其研究内容主要集中在工质的最优配比和工质分离两方面。研究人员多通过计算机模拟或制作多种形式的小型实验装置的手段,来寻找出非共沸工质的最佳配比及如何将低温工质高纯度的分离出来的方法,以实现要求的低温。目前计算机模拟的结果和小型实验装置的实验结果都显示可以实现所要求的低温。但由于实验装置设计的复杂性,及系统在运行过程中工质热力状态复杂多变,不稳定,所以有些设计难以实现,制取较低温度所需时间较长,所能达到的最低温度也不稳定,故此模拟的结果和实验的结果往往和实际应用要求的结果相差很大。国内单级压缩自动复叠制冷系统的应用在实际中成功事例并不多。本文采用虹吸的方法提高了低温制冷工质分离的纯度,实现了利用单级压缩自动复叠系统制取-65℃蒸发温度的目标。并在实验研究中发现实现较低的温度与工质分离的纯度关系较大,而且分离的纯度与系统运行的稳定性关系也较大。采用虹吸的方法后简化了系统的设计,减少了整个系统的设备配置。整个系统的设备主要由压缩机,冷凝器,节流阀,蒸发器,及分凝器和冷凝蒸发器组成,系统相对简单。单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的设计和结构在实际中是否可以应用是本文研究的主要目的。主要研究内容为：单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统与两级压缩制冷系统,两级复叠制冷系统的能效比较,完善在速冻中应用单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的设计方法和分凝器,冷凝蒸发器的结构。本文研究的方法是：首先通过对国内外文献检索、分析,针对多元混合工质自动复叠循环制冷技术进行回顾。分析了自动复叠制冷系统在国内外的研究历程和研究现状；同时也分析了两级压缩制冷系统和两级复叠制冷系统,并对两级复叠制冷系统和自动复叠制冷系统进行了比较。接着分析了混合制冷工质的分类和混合制冷工质中的非共沸制冷工质的热物性计算方法。针对单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统在实际应用中的情况进行综合分析后决定选择R22为高温工质R23为低温工质。然后介绍了食品速冻的定义并对食品速冻所需时间的进行计算。对单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统进行了设计,重点研制了符合实际需要的冷凝蒸发器和分凝器。搭建了实验台并进行实验。通过对实验数据的分析,证明了单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统可以应用到实际中,得出了较为完整的设计方法。在得到一些结论的同时也发现了本实验所存在的不足,为该课题的继续研究提供了重要的指导依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.1.3 研究的目的
• 1.2 国内外自动复叠制冷循环的研究进展
• 1.2.1 国外自动复叠制冷循环的研究进程
• 1.2.2 国内自动复叠制冷循环的研究进程
• 1.3 复叠制冷循环和双级压缩制冷循环简述
• 1.3.1 复叠制冷循环
• 1.3.2 双级压缩制冷循环
• 1.4 研究内容
• 2 理论基础
• 2.1 混合制冷工质的分类
• 2.2 非共沸工质热物性计算方法
• 2.2.1 PR（Peng-Robinson）状态方程
• 2.2.2 PT（Patel-Teja）状态方程
• 2.3 非共沸工质的选配方法
• 2.4 食品的速冻
• 2.4.1 食品降温速度的表示
• 2.4.2 食品速冻所需时间的计算
• 2.5 本章小结
• 3 设计与计算
• 3.1 实验库体的结构和冷负荷计算
• 3.1.1 实验库体的结构
• 3.1.2 冷负荷计算
• 3.2 制冷系统的设计与计算
• 3.2.1 单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的设计
• 3.2.2 单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的设计计算
• 3.2.3 两级压缩制冷系统的设计与计算
• 3.2.4 两级复叠制冷系统的设计与计算
• 3.3 三种制冷系统的压缩机的能效比比较
• 3.4 本章小结
• 4 设备的安装及运行准备
• 4.1 实验台的搭建
• 4.1.1 实验装置的结构原理图
• 4.1.2 实验装置的主要部件
• 4.1.3 实验装置的测量系统
• 4.1.4 实验装置的搭建
• 4.2 实验装置的控制部分
• 4.3 实验前准备工作
• 4.3.1 冷冻机油的选择和系统换油操作
• 4.3.2 实验装置气密性检测
• 4.3.3 系统抽真空
• 4.3.4 混合工质的充注
• 4.4 本章小结
• 5 实验装置的测试分析及改进
• 5.1 实验装置的运行和调试
• 5.1.1 实验装置首次运行产生的问题
• 5.1.2 实验装置再次运行产生的问题
• 5.1.3 实验装置再次运行产生的问题
• 5.2 实验的测量和测量结果分析
• 5.2.1 立式分凝器的单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的空库降温实验
• 5.2.2 第一步的测试结果分析
• 5.2.3 立式分凝器的单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的负荷能力测试
• 5.2.4 第二步的测试结果分析
• 5.2.5 卧式分凝器单级压缩自动复叠虹吸式制冷系统的空库降温实验
• 5.2.6 第三步的测试结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢