论文题目: CO2跨临界循环系统及换热理论分析与实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 杨俊兰
导师: 马一太
关键词: 跨临界循环,准临界区,模拟和优化,气体冷却器
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 自然工质CO2循环具有非常好的应用前景,提高CO2跨临界制冷循环系统的效率,是加快其向实用化迈进需要解决的关键问题。本文通过理论分析,计算机模拟和实验研究相结合,重点对CO2跨临界水-水热泵系统性能提高的潜力和措施开展了研究。论文通过对七种不同的CO2跨临界循环方式进行热力学分析,得出了CO2跨临界单级膨胀机循环的最佳高压压力计算关联式。通过性能比较,提出了一种结构配置优化的循环方式,它不仅可以简化气体冷却器的设计,而且能够很方便地组织冷却介质的流程,对其进行了性能计算和对比;同时拟合出了此配置方式高压侧压力和中间压力与膨胀机效率之间的函数关系式,可为该系统的设计和运行提供理论依据。论文在三维图上对近临界区CO2的物性进行了深入的理论分析,得到了准临界温度的计算关联式,给出了准临界区定义。通过物性分析和定量比较对超临界CO2冷却过程的换热性能与常规工质的凝结换热进行了对比。同时分析了不凝性气体NC-1对超临界CO2物性及换热性能的影响。比较了亚临界区CO2与常规工质的物性,研究了CO2两相流动特点和沸腾换热机理,提出了CO2蒸发器换热面的设想。这些都有助于了解CO2流体的流动及传热特性,可为设计高效的CO2换热器提供必要的理论基础。论文通过实验研究对CO2换热器进行了性能分析,并建立了CO2换热器模型。开发了CO2跨临界节流阀和膨胀机系统的数学模型,利用验证后的模型对两系统进行了模拟和比较,使用膨胀机代替节流阀后可较大提高系统的性能。研究了外部条件对膨胀机系统的性能影响,可为系统的运行和控制调节提供指导。提出了系统的优化目标函数,并以此对CO2换热器进行了结构参数优化计算。无论是基于系统还是CO2换热器本身的优化计算都表明,CO2跨临界循环系统适合选择小管径和长管长,而优化后新系统的模拟计算结果表明其性能系数平均提高了15%,制冷量平均提高了18%。根据系统的优化计算结果,以及原CO2水-水热泵系统存在的一些问题,对新系统的换热器等有关部件进行了设计、加工制造,以求达到结构合理,高效运行的目的。建立了新的CO2跨临界水-水热泵实验系统,实验研究结果表明,新系统的COP平均提高了30%左右,制冷量平均提高了30%左右,达到了优化的目的,也验证了优化计算结果的正确性。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 CO_2自然工质的再启用
1.3 CO_2跨临界循环系统中的换热研究
1.4 制冷系统仿真及优化研究
1.5 本课题研究的内容和意义
1.6 本章小结
第二章 CO_2 跨临界循环优化配置的热力学分析
2.1 几种CO_2跨临界制冷循环方式
2.2 理论计算模型
2.3 结果与分析
2.4 本章小结
第三章 超临界CO_2流体的性质及换热机理研究
3.1 超临界CO_2流体的性质
3.2 CO_2临界点的涨落分析
3.3 超临界CO_2流体的换热研究
3.4 本章小结
第四章 CO_2流动沸腾换热理论研究
4.1 亚临界CO_2流体的性质
4.2 CO_2两相流动特点
4.3 CO_2流动沸腾传热特点
4.4 CO_2成核理论分析
4.5 CO_2蒸发器换热表面的设想
4.6 本章小结
第五章 CO_2换热器的模型建立与计算
5.1 CO_2气体冷却器的性能分析
5.2 CO_2气体冷却器模型建立与计算
5.3 CO_2蒸发器的性能分析
5.4 CO_2蒸发器模型建立与计算
5.5 CO_2新型换热器的设计思想
5.6 本章小结
第六章 CO_2跨临界水-水热泵系统模拟与优化
6.1 系统模型建立
6.2 模型验证与系统模拟
6.3 系统优化计算
6.4 本章小结
第七章 新CO_2水-水热泵实验台的建立及实验研究
7.1 新CO_2跨临界水-水热泵实验台的建立
7.2 实验研究内容与方法
7.3 实验结果与分析
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
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
- [1].超临界CO2流体特性及跨临界循环系统的研究[D]. 刘圣春.天津大学2006
- [2].二氧化碳跨临界循环热泵系统不同蒸发器的性能分析与试验研究[D]. 刘忠彦.天津大学2014
相关论文
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- [2].自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究[D]. 王景刚.天津大学2003