超临界CO2流体特性及跨临界循环系统的研究

论文摘要

随着国际上对自然工质CO2跨临界循环研究的深入,扩展CO2跨临界制冷循环系统的应用领域,提高系统的循环效率,加快其向实用化迈进是当前研究的关键问题。本文通过理论分析,计算机模拟和实验研究相结合,重点对超临界CO2特性以及跨临界循环系统开展了研究。论文结合当量温度法,针对空调系统的运行工况,分析了采用内部热交换器、提高压缩机效率、利用膨胀机代替节流阀、双级压缩以及优化循环方式等措施对系统效率的提高幅度。通过对CO2跨临界双级压缩循环的性能分析,得出了CO2跨临界双级压缩循环的最佳高压压力和最佳中间压力计算关联式,为系统的设计运行提供理论支持。论文从分子间力和分子热运动的角度分析了液体表面张力的成因,分析了CO2亚稳态的特性以及气泡成核机理,分析了超临界流体相变机理,计算了亚稳相变中气泡形成所消耗的表面功,得到了该不可逆损失占理论膨胀功的比例。论文还针对CO2跨临界循环系统采用的润滑油,分析了合成润滑油的相关性能,对比分析得到POE和PAG最适合应用于CO2跨临界循环系统。在压缩机和膨胀机中,泄漏损失是影响效率的主要原因之一。论文总结了各种型式的泄漏模型,重点分析了CO2超临界流体在平板模型中的泄漏,在相同入口压力下,得到了CO2的密度变化最大点的温度与泄漏量达到最大的温度的一致性,分析了润滑油和泄漏通道间隙对泄漏量的影响,得到了润滑油的含量对泄漏的影响较小,而泄漏通道的间隙对泄漏的影响最大。根据分析建立了超临界CO2泄漏实验系统,验证了对泄漏模型的理论分析。根据实验结果,得出了超临界CO2理论泄漏模型,对于设计CO2跨临界循环压缩机和膨胀机具有一定的指导意义。论文针对家用空调使用的管翅式换热器,建立了CO2气体冷却器和蒸发器模型,模拟了CO2气体冷却器和蒸发器管内换热及压降性能随各参数的变化情况。建立了CO2跨临界空气-空气循环系统实验台,并对该系统进行了性能测试。不同工况下的实验研究表明,所采用的换热器的换热性能良好,系统匹配性达到设计要求,在现有的实验条件下,系统COP达到3.0,为CO2跨临界空调系统的实用化提供了实验数据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 2作为制冷剂的复兴'>1.2 CO₂作为制冷剂的复兴
• 2制冷循环部件研究进展'>1.3 CO₂制冷循环部件研究进展
• 2制冷系统仿真研究进展'>1.4 CO₂制冷系统仿真研究进展
• 2制冷循环应用研究'>1.5 CO₂制冷循环应用研究
• 1.6 今后研究的重点
• 1.7 本文的主要内容
• 1.8 本文研究的目的及意义
• 1.9 本章小结
• 2 跨临界循环热力学分析'>第二章 CO₂跨临界循环热力学分析
• 2.1 循环比较的基准－当量温度法
• 2跨临界循环的最优高压压力'>2.2 CO₂跨临界循环的最优高压压力
• 2.3 系统基本参数对循环性能的影响
• 2跨临界循环性能的措施'>2.4 提高CO₂跨临界循环性能的措施
• 2.5 本章小结
• 2非极性流体特性研究'>第三章 CO₂非极性流体特性研究
• 3.1 实际气体分子间力
• 3.2 气液表面性质
• 2亚稳态和气泡成核的解释'>3.3 CO₂亚稳态和气泡成核的解释
• 3.4 本章小结
• 2跨临界系统润滑油性能研究'>第四章 CO₂跨临界系统润滑油性能研究
• 4.1 润滑油的选择及种类
• 4.2 制冷剂与润滑油的分子式
• 4.3 润滑油的性能指标
• 4.4 本章小结
• 2泄漏分析'>第五章 超临界CO₂泄漏分析
• 5.1 泄漏通道形式
• 2泄漏的机理分析'>5.2 超临界CO₂泄漏的机理分析
• 2泄漏的实验研究'>5.3 超临界CO₂泄漏的实验研究
• 5.4 本章小结
• 2管翅式换热器的模拟计算与优化'>第六章 CO₂管翅式换热器的模拟计算与优化
• 2气体冷却器的模拟计算'>6.1 CO₂气体冷却器的模拟计算
• 2蒸发器的模拟计算'>6.2 CO₂蒸发器的模拟计算
• 6.3 本章小结
• 2风冷系统实验研究'>第七章 CO₂风冷系统实验研究
• 2风冷系统实验装置'>7.1 CO₂风冷系统实验装置
• 7.2 实验研究目的、内容、方法和注意事项
• 7.3 实验结果和分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论、创新点及今后的研究方向
• 8.1 主要结论
• 8.2 论文的创新之处
• 8.3 今后的研究方向
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 攻读博士期间申报的专利
• 攻读博士期间参加的科研项目
• 攻读博士期间获奖情况
• 致谢