R290/CO自然工质复叠式制冷循环系统的理论分析与实验研究

摘要

本文以自然工质R290/CO2复叠式低温制冷系统为研究对象，通过理论分析，热力计算和实验研究相结合，进行了换热设备结构的优化设计，压缩机的合理配置，提高系统性能等方面的研究。 论文对R290/CO2复叠式制冷循环进行了热力学分析，得出循环在一定的蒸发温度、冷凝温度和冷凝蒸发器传热温差下，存在的最优低温循环冷凝温度和最佳的质量流量比；分析了压缩机的效率、气体过热和液体过冷对R290/CO2复叠式制冷循环性能的影响。拟合出了最佳低温循环冷凝温度、最佳质量流量比和R290/CO2复叠式制冷循环的COP随蒸发温度和冷凝温度之间的函数关系。通过对带经济器、内部热交换器和减小冷凝蒸发器传热温差的R290/CO2复叠式制冷循环的热力性能比较得出，带经济器、内部热交换器的R290/CO2复叠式制冷循环的COP增大，压缩机排气温度、功率消耗和所需容积排量减小，为R290/CO2复叠式制冷系统的优化设计和节能提供了相应的理论依据。对应用于超市食品冷冻冷藏的R290/CO2复叠式制冷循环和NH3双级压缩制冷系统进行比较，得出R290/CO2复叠式制冷循环在超市制冷系统和食品加工行业中有着明显的优势。 论文对R290在凝结换热过程中的物性变化进行分析，得到了R290凝结换热过程的流型，得出了R290凝结换热系数和冷凝流动过程阻力损失的影响因素。对R290蒸发沸腾过程的换热特性，亚临界循环CO2凝结换热特性进行分析。对R290管内沸腾、CO2管外冷凝与R290管外沸腾、CO2管内冷凝的两种形式冷凝蒸发器进行比较，得出R290管外沸腾、CO2管内冷凝的冷凝蒸发器总传热系数减小，平均温差增大。计算了在低温下的CO2沸腾换热过程的流动特性，分析了CO2沸腾换热的影响因素。所有研究的结果为R290/CO2复叠式制冷循环系统的设计和运行提供了理论基础。 根据模型优化计算的结果，对R290/CO2复叠式制冷循环系统的R290冷凝器、冷凝蒸发器和CO2蒸发器和相关部件进行结构优化设计、加工制造，对R290压缩机和CO2压缩机进行分析选型，搭建了R290/CO2复叠式制冷循环实验台。通过实验研究，得到蒸发温度、冷凝温度、冷却水流量、冷却水进口温度，工质充灌量等对R290/CO2复叠式制冷循环运行性能的影响和对换热设备换热特性的影响，所得到的实验结果，为今后R290/CO2复叠式制冷系统的进一步完善和优化提出相应的依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2 自然工质与可持续发展

1.3 R290的热力特性与应用研究现状

1.4 CO2循环与应用研究现状

1.5 自然工质复叠式制冷循环与应用研究

1.6本文的主要内容

1.7本文研究的目的及意义

1.8本章小结

第二章R290／CO2复叠式制冷循环热力学分析

2.1 R290／CO2复叠式制冷循环的性能分析

2.2循环基本参数对循环性能的影响

2.3 R290／CO2复叠式与单工质双级压缩和带经济器循环的比较

2.4提高R290／CO2复叠式制冷循环性能的措施

2.5 R290／CO2复叠式制冷循环的应用性比较

2.6本章小结

第三章R290凝结换热理论分析与冷凝换热器的计算

3.1 R290凝结换热理论分析

3.2 R290冷凝换热器的计算

3.3本章小结

第四章R290／CO2冷凝蒸发器换热特性的研究与计算

4.1 R290沸腾与CO2凝结换热的理论分析

4.2 R290／CO2冷凝蒸发器的计算

4.3 CO2管内冷凝和R290管外蒸发的性能分析

4.4本章小结

第五章CO2低温沸腾换热的理论分析与蒸发器的计算

5.1 CO2低温沸腾换热的理论分析

5.2 CO2蒸发器的计算

5.3本章小结

第六章R290／CO2复叠式制冷循环系统实验台的建立

6.1 R290／CO2复叠式制冷循环流程图

6.2换热设备的结构设计

6.3压缩机的选型

6.4其他辅助设备

6.5本章小结

第七章R290／CO2复叠式制冷循环系统的实验研究

7.1实验系统的结构

7.2系统实验研究的目的与内容

7.3实验方法及步骤

7.4实验研究

7.5本章小结

第八章结论、创新点及今后研究的方向

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

攻读博士期间申请的专利

攻读博士期间参加的科研项目

致谢