R404A-CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的理論分析與優(yōu)化.pdf

1、目前，由于CFCs和HCFCs氟氯烴類制冷劑的使用會引發(fā)溫室效應(yīng)和臭氧層的破壞等環(huán)境問題，人們在制冷系統(tǒng)中傾向于采用天然和環(huán)境友好型的制冷工質(zhì)。為了獲得較低的溫度，通常復(fù)疊式制冷系統(tǒng)相對于兩級壓縮制冷系統(tǒng)能夠達(dá)到更低的溫度。天然工質(zhì)CO2由于具有無毒、不可燃和良好熱物性等特點，在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中較為適合作為低溫級的制冷劑，而在高溫級中，通常采用NH3、R290和R404A等制冷劑。
　　 本復(fù)疊制冷系統(tǒng)高溫級采用R404A作為制

2、冷劑，低溫級采用CO2作為制冷劑。為了研究R404A/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的性能，本文通過理論分析、部件模擬及實驗研究對其進(jìn)行研究，得到系數(shù)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，比較制冷劑的相關(guān)熱物性參數(shù)，對低溫級沸騰換熱過程進(jìn)行研究，同時對高低溫級壓縮機(jī)和熱力膨脹閥進(jìn)行了模擬。
　　 首先，為了研究系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)的影響，對系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)計算。同時為了分析系統(tǒng)不可逆程度，確認(rèn)系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)，采用最小熵產(chǎn)法對系統(tǒng)進(jìn)行熵分析和火用分析。結(jié)果表明，

3、在給定系統(tǒng)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和冷凝蒸發(fā)器的傳熱溫差條件下，系統(tǒng)存在最大COP和(火用)效率、最小的熵產(chǎn)和(火用)損、最佳低溫級冷凝溫度和高低溫級質(zhì)量流量比。通過分析，提出了提高(火用)效率的相應(yīng)措施，如采用合適的潤滑油、減小冷凝蒸發(fā)器的傳熱溫差、對其采取強(qiáng)化傳熱措施等。針對亞臨界條件下，不建議使用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥。分析該系統(tǒng)高低溫級采用不同等熵效率公式時系統(tǒng)的性能。利用相關(guān)計算數(shù)據(jù)，通過多重線性回歸分析擬合得到系統(tǒng)最大COP、相對應(yīng)的最

4、佳的低溫級冷凝溫度和最大(火用)效率與蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和冷凝蒸發(fā)器的傳熱溫差之間的函數(shù)關(guān)系。
　　 其次，通過比較低溫下不同制冷劑的相關(guān)物性參數(shù)，表明CO2作為低溫級制冷劑具有優(yōu)越性。在該系統(tǒng)中CO2蒸發(fā)器對于系統(tǒng)非常重要，本文對翅片管CO2低溫沸騰換熱特性進(jìn)行了研究?？偨Y(jié)已有流型，并得到不同溫度和管徑下的具體流型。比較不同換熱系數(shù)及壓降模型，得到具體的相關(guān)結(jié)果。并將其與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對具體模型進(jìn)行了修正，同時分析了影

5、響蒸發(fā)器性能的因素。
　　 另外，還對高低溫級壓縮機(jī)和熱力膨脹閥進(jìn)行了模擬，得到壓縮機(jī)輸氣量、輸入功率和排氣溫度的具體模型，同時建立流量與節(jié)流閥進(jìn)出口壓力、進(jìn)口密度、流量系數(shù)和閥孔流通面積的關(guān)系。
　　 最后，針對已建立的R404A/CO2實驗系統(tǒng)，確定其試驗方案，驗證其理論模型的正確性，得到給定條件下的系統(tǒng)COP。
　　 本文針對該R404A/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)開展理論分析及實驗研究，對系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和運行效