添加剂和强化管气体冷却器对CO2跨临界循环性能影响的研究

摘要

目前能源与环境问题并重,CO2跨临界循环在节能方面有着很大的发展潜力,同时自然工质CO2相对于常规工质又有很多独特的优势。但是其循环性能相对较低。本文的主要研究目的是改善CO2跨临界循环的性能,提高其与常规工质制冷热泵系统的竞争力。
　　本文分析国内外的研究现状,总结前人的研究经验,主要针对添加剂和强化管气体冷却器对CO2跨临界循环性能的影响进行了理论和实验研究。
　　在CO2中加入添加剂一方面可以对其相变过程形成干扰,促进汽化核心的生成,减少相变延迟;另一方面可以增加CO2分子之间的距离,减小分子之间作用力。理论上加入添加剂会对膨胀机有正面影响。但加入添加剂之后,对循环系统其他部件及整体性能的影响则有待研究。本文分别对带节流阀和带膨胀机的CO2热泵系统,在加入不同质量分数的氮气的情况下,进行了实验研究。实验结果表明加入一定量的氮气对气体冷却器和蒸发器的换热性能都有负面影响,而且会增加压缩机的耗功。因此对于节流阀系统,加入氮气对系统的性能是没有好处的。对于带有膨胀机的CO2跨临界循环,加入氮气可以在一定程度上增加膨胀机的输出功,而对其他部件的影响使得加入氮气并不乐观。
　　气体冷却器换热性能对CO2跨临界循环的系统性能有着直接的影响,而出水温度则是衡量热泵系统优劣的重要指标。本文首先依次改变冷却水流量,入口温度和高压压力对CO2强化管气体冷却器的换热性能进行了较全面的测试。其次,采取分布参数法和在光滑管表面附加强化因子的方法,选取三种不同的CO2侧换热关联式,对冷却水流量为0.3t/h,入口温度18℃,不同制冷剂流量和高压压力的实验工况进行了理论模拟和对比,模拟结果平均误差6.0％左右。最后,针对高压压力为8.5MPa,冷却水流量0.3t/h,入口温度18℃,制冷剂流量为240kg/h的工况对该气体冷却器进行了优化。优化结果表明,当管长长于11m时,出水温度可达到60℃以上。

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第一章 绪论

1.1能源问题概述及发展

1.2制冷剂的发展和替代

1.3 CO2制冷剂

1.4 CO2跨临界循环的应用和发展

1.5提高CO2跨临界循环效率的措施

1.6本文研究内容和研究方法

第二章 CO2跨临界循环理论分析

2.1膨胀过程理论分析

2.2添加剂对CO2热物性的影响

2.3本章小结

第三章 添加剂对CO2跨临界循环影响的实验研究

3.1实验系统介绍

3.2测量不确定度分析

3.3实验内容和方法

3.4实验结果分析

3.5色谱分析

3.6本章小结

第四章 气体冷却器的实验研究和模拟优化

4.1实验研究

4.2气体冷却器的模拟和优化

4.3本章小结

第五章 总结与发展

5.1主要结论

5.2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