超临界CO流体特性及跨临界循环系统的研究

摘要

随着国际上对自然工质CO<,2>跨临界循环研究的深入,扩展CO<,2>跨临界制冷循环系统的应用领域,提高系统的循环效率,加快其向实用化迈进是当前研究的关键问题.本文通过理论分析,计算机模拟和实验研究相结合,重点对超临界CO<,2>特性以及跨临界循环系统开展了研究. 论文结合当量温度法,针对空调系统的运行工况,分析了采用内部热交换器、提高压缩机效率、利用膨胀机代替节流阀、双级压缩以及优化循环方式等措施对系统效率的提高幅度.通过对CO<,2>跨临界双级压缩循环的性能分析,得出了CO<,2>跨临界双级压缩循环的最佳高压压力和最佳中间压力计算关联式,为系统的设计运行提供理论支持. 论文从分子间力和分子热运动的角度分析了液体表面张力的成因,分析了CO<,2>亚稳态的特性以及气泡成核机理,分析了超临界流体相变机理,计算了亚稳相变中气泡形成所消耗的表面功,得到了该不可逆损失占理论膨胀功的比例.论文还针对CO<,2>跨临界循环系统采用的润滑油,分析了合成润滑油的相关性能,对比分析得到POE和PAG最适合应用于CO<,2>跨临界循环系统. 在压缩机和膨胀机中,泄漏损失是影响效率的主要原因之一.论文总结了各种型式的泄漏模型,重点分析了CO<,2>超临界流体在平板模型中的泄漏,在相同入口压力下,得到了CO<,2>的密度变化最大点的温度与泄漏量达到最大的温度的一致性,分析了润滑油和泄漏通道间隙对泄漏量的影响,得到了润滑油的含量对泄漏的影响较小,而泄漏通道的间隙对泄漏的影响最大.根据分析建立了超临界CO<,2>泄漏实验系统,验证了对泄漏模型的理论分析.根据实验结果,得出了超临界CO<,2>理论泄漏模型,对于设计CO<,2>跨临界循环压缩机和膨胀机具有一定的指导意义. 论文针对家用空调使用的管翅式换热器,建立了CO<,2>气体冷却器和蒸发器模型,模拟了CO<,2>气体冷却器和蒸发器管内换热及压降性能随各参数的变化情况.建立了CO<,2>跨临界空气-空气循环系统实验台,并对该系统进行了性能测试.不同工况下的实验研究表明,所采用的换热器的换热性能良好,系统匹配性达到设计要求,在现有的实验条件下,系统COP达到3.0,为CO<,2>跨临界空调系统的实用化提供了实验数据.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2 CO2作为制冷剂的复兴

1.3 CO2制冷循环部件研究进展

1.4 CO2制冷系统仿真研究进展

1.5 CO2制冷循环应用研究

1.6今后研究的重点

1.7本文的主要内容

1.8本文研究的目的及意义

1.9本章小结

第二章CO2跨临界循环热力学分析

2.1循环比较的基准—当量温度法

2.2 CO2跨临界循环的最优高压压力

2.3系统基本参数对循环性能的影响

2.4提高CO2跨临界循环性能的措施

2.5本章小结

第三章CO2非极性流体特性研究

3.1实际气体分子间力

3.2气液表面性质

3.3 CO2亚稳态和气泡成核的解释

3.4本章小结

第四章CO2跨临界系统润滑油性能研究

4.1润滑油的选择及种类

4.2制冷剂与润滑油的分子式

4.3润滑油的性能指标

4.4本章小结

第五章超临界CO2泄漏分析

5.1 泄漏通道形式

5.2超临界CO2泄漏的机理分析

5.3超临界CO2泄漏的实验研究

5.4本章小结

第六章CO2管翅式换热器的模拟计算与优化

6.1 CO2气体冷却器的模拟计算

6.2 CO2蒸发器的模拟计算

6.3本章小结

第七章CO2风冷系统实验研究

7.1 CO2风冷系统实验装置

7.2实验研究目的、内容、方法和注意事项

7.3实验结果和分析

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、申请的专利、参加的科研项目、获奖情况

致谢