CO-,2-跨臨界循環(huán)系統(tǒng)及換熱理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自然工質(zhì)CO2循環(huán)具有非常好的應(yīng)用前景，提高CO2跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)的效率，是加快其向?qū)嵱没~進(jìn)需要解決的關(guān)鍵問題。本文通過理論分析，計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，重點(diǎn)對(duì)CO2跨臨界水-水熱泵系統(tǒng)性能提高的潛力和措施開展了研究。 論文通過對(duì)七種不同的CO2跨臨界循環(huán)方式進(jìn)行熱力學(xué)分析，得出了CO2跨臨界單級(jí)膨脹機(jī)循環(huán)的最佳高壓壓力計(jì)算關(guān)聯(lián)式。通過性能比較，提出了一種結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化的循環(huán)方式，它不僅可以簡(jiǎn)化氣體冷卻器的設(shè)計(jì)，而且能夠很

2、方便地組織冷卻介質(zhì)的流程，對(duì)其進(jìn)行了性能計(jì)算和對(duì)比；同時(shí)擬合出了此配置方式高壓側(cè)壓力和中間壓力與膨脹機(jī)效率之間的函數(shù)關(guān)系式，可為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供理論依據(jù)。 論文在三維圖上對(duì)近臨界區(qū)CO2的物性進(jìn)行了深入的理論分析，得到了準(zhǔn)臨界溫度的計(jì)算關(guān)聯(lián)式，給出了準(zhǔn)臨界區(qū)定義。通過物性分析和定量比較對(duì)超臨界CO2冷卻過程的換熱性能與常規(guī)工質(zhì)的凝結(jié)換熱進(jìn)行了對(duì)比。同時(shí)分析了不凝性氣體NC-1對(duì)超臨界CO2物性及換熱性能的影響。比較了亞臨界

3、區(qū)CO2與常規(guī)工質(zhì)的物性，研究了CO2兩相流動(dòng)特點(diǎn)和沸騰換熱機(jī)理，提出了CO2蒸發(fā)器換熱面的設(shè)想。這些都有助于了解CO2流體的流動(dòng)及傳熱特性，可為設(shè)計(jì)高效的CO2換熱器提供必要的理論基礎(chǔ)。 論文通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)CO2換熱器進(jìn)行了性能分析，并建立了CO2換熱器模型。開發(fā)了CO2跨臨界節(jié)流閥和膨脹機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用驗(yàn)證后的模型對(duì)兩系統(tǒng)進(jìn)行了模擬和比較，使用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥后可較大提高系統(tǒng)的性能。研究了外部條件對(duì)膨脹機(jī)系統(tǒng)的性能影響

4、，可為系統(tǒng)的運(yùn)行和控制調(diào)節(jié)提供指導(dǎo)。提出了系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并以此對(duì)CO2換熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。無論是基于系統(tǒng)還是CO2換熱器本身的優(yōu)化計(jì)算都表明，CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)適合選擇小管徑和長(zhǎng)管長(zhǎng)，而優(yōu)化后新系統(tǒng)的模擬計(jì)算結(jié)果表明其性能系數(shù)平均提高了15％，制冷量平均提高了18％。 根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，以及原CO2水-水熱泵系統(tǒng)存在的一些問題，對(duì)新系統(tǒng)的換熱器等有關(guān)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、加工制造，以求達(dá)到結(jié)構(gòu)合理，高效運(yùn)行的目