基于焦耳-汽姆逊效应的CO2制冷实验研究

摘要

随着自然资源的不断消耗，全球正面临着越来越严重的能源危机。作为一种成熟的制冷方法，焦耳-汤姆逊效应制冷目前已在天然气输送、低温电子技术、红外技术以及冷冻外科等领域中应用十分广泛，其主要作用就是通过焦耳-汤姆逊效应利用压力能来达到制冷目的，提高能源利用率。
　　 本文基于焦耳-汤姆逊效应原理设计了一种以CO2作为工质的新型的节流制冷机。所研制的节流制冷机包括节流元件以及热交换实验系统。其中节流元件可根据实验需要更换，热交换器内设有循环水流道及翅片，以便对制冷量进行测量。本文搭建了一套实验系统，以CO2作为工质，通过改变节流元件的孔径以及节流元件进口压力等方法来测试所研制的节流制冷机的制冷性能。通过对比研究发现，节流元件的出口温度会随着节流孔径的减小而降低;而其出口温度的降温速率会随着节流孔径的减小而增大。此外，节流元件进口压力提高时，其出口温度的降温速率可以得到显著提高，三组节流元件在压力为6MPa时的最大降温速率可分别达到压力为2MPa时的11.25倍、6.91倍、3.91倍。实验结果表明，采用节流孔径较小的节流元件以及提高节流元件进口处压力可以有效地提高制冷效率，降低制冷时间，改善节流制冷机的制冷性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 焦耳-汤姆逊效应制冷的理论研究

2．1 焦耳-汤姆逊效应原理

2．1．1 等焓膨胀

2．1．2 转换曲线

2．2 常见的节流制冷系统形式

2．3 焦耳-汤姆逊效应制冷的理论模型

2．4 焦耳-汤姆逊效应制冷的工质及其应用特点

2．4．1 空气

2．4．2 混合气体

2．4．3 二氧化碳

2．5 本章小结

第3章 焦耳-汤姆逊效应制冷系统的设计与搭建

3．1 节流制冷机

3．1．1 节流元件

3．1．2 热交换器

3．2 其他装置

3．2．1 液态二氧化碳

3．2．2 气体流量计

3．2．3 压力及温度传感器

3．2．4 直流电源与耐高压管

3．3 实验方法及测试手段

3．3．1 实验方法

3．3．2 测试手段

3．4 实验误差分析

3．5 实验方案与实验步骤

3．5．1 实验方案

3．5．2 实验步骤

3．6 本章小结

第4章 实验结果分析

4．1 实验结果

4．2 分析与讨论

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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