添加剂对CO2跨临界热泵膨胀过程及系统性能影响的研究

摘要

本文以带膨胀机的跨临界CO2水水热泵系统为对象,以优化CO2膨胀机的运行、提升系统性能为目的,提出在纯CO2中加入添加剂方案,并通过理论和试验研究,分析了添加剂(氮气、氩气、二甲醚和R32)对CO2水水热泵系统性能、膨胀机及气体冷却器的影响。
　　对含添加剂的CO2跨临界带膨胀机循环系统进行了理论分析,结果显示加入氮气和氩气可以提高膨胀机回收功,单位制热量和压缩机比功随着氮气或氩气含量的增加而降低,而COP则随着氮气或氩气含量的增加先增加后降低,系统COP存在最优值。COP随着二甲醚或R32含量的增加而增加,单位制热量和压缩机比功随着二甲醚含量的增加先增加后降低,而随着R32含量的增加而单调增加。
　　本文还对膨胀机内的CO2相变过程进行了理论分析,应用微观液体“准晶格”理论分析得出添加剂可以在相变时作为汽化核心,提高核化率。并从宏观上对含添加剂CO2稀溶液和极限过热度进行了分析,结果表明添加氮气和氩气有利于CO2相变,而添加二甲醚和R32则相反。另外对CO2气体冷却器进行理论分析计算,加入氮气和氩气后,气体冷却器性能下降。而含二甲醚和R32的CO2气体冷却器换热性能增强。
　　设计加工了CO2快速降压试块,对CO2以及含添加剂的CO2快速降压膨胀过程进行了试验。结果显示,氮气可以促进CO2的相变,但是二甲醚则会延缓其相变。
　　最后在带膨胀机的CO2水水热泵系统上进行了含添加剂的试验。试验结果表明,加入氮气和氩气后,膨胀机的回收功增加,制热量随氮气或氩气含量的增加先增加后降低,系统COP在氮气或氩气含量1％时最大。含R32和二甲醚的膨胀机输出功随着添加剂含量的增加先增加后下降,系统COP增加,而且运行压力下降。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 二氧化碳膨胀机的研究和发展

1.3 二氧化碳气体冷却器的换热研究

1.4 添加剂对相变的影响研究

1.5 本课题研究的内容和意义

1.6 本章小结

第二章 含添加剂二氧化碳跨临界循环的理论分析

2.1 带膨胀机二氧化碳跨临界循环

2.2 添加剂的选择

2.3 含添加剂二氧化碳跨临界循环理论分析

2.4 本章小结

第三章 含添加剂二氧化碳膨胀过程的理论分析

3.1 超临界二氧化碳膨胀过程

3.2 添加剂对二氧化碳相变的影响

3.3 含添加剂二氧化碳稀溶液的热力学分析

3.4 添加剂对相变延迟的影响

3.5 本章小结

第四章 添加剂对超临界二氧化碳换热的影响研究

4.1 含添加剂二氧化碳热物性分析

4.2 换热关联式及压降公式的选取

4.3 超临界二氧化碳换热模型及计算

4.4 本章小结

第五章 二氧化碳快速降压过程的试验研究

5.1 二氧化碳快速降压试块的设计

5.2 快速降压试验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 添加剂对二氧化碳膨胀机及系统影响的试验研究

6.1 二氧化碳水水热泵系统试验装置

6.2 试验研究内容、目的和方法

6.3 试验结果与分析

6.4 本章小结

第七章 结论、创新点和今后研究的方向

7.1 主要结论

7.2 论文创新之处

7.3 今后的研究方向

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢