二氧化碳制冷技术

CO2作为一种天然工质，是目前CFCs工质替代的一个重点研究方向。根据CO2作为制冷剂的相关热物理和化学性质及CO2制冷循环，说明采用CO2作制冷剂、采用跨临界循环的优越性。介绍CO2制冷循环系统关键设备——压缩机、膨胀机、气体冷却器／蒸发器的研究进展情况，并对采用CO2作制冷剂的汽车空调、热泵系统的应用进行综述，指出今后研究的发展方向。     

制冷空调中CO2跨临界循环方式的分析

为尽快实现制冷空调中CO2对传统工质的替代,克服CO2跨临界循环系统效率较低的缺点,在基本制冷循环的基础上,可以通过应用内部热交换器、闪蒸器、混合器、分离器、膨胀机等部件,采用各种系统循环方式以提高CO2跨临界循环的系统效率并满足不同需要,从而使之达到与传统工质相竞争的比较优势.本文对三种单级循环、五种双级循环和四种联合循环的流程及各种循环提高系统效率的原理进行了综述和分析.     

机械过冷CO_2跨临界制冷循环性能理论分析

采用蒸气压缩制冷循环(辅助循环)对CO_2跨临界制冷循环气体冷却器出口的CO_2流体进行冷却,可减小节流不可逆损失,提高循环性能。本文对机械过冷CO_2跨临界制冷循环进行热力学循环分析,结果表明:当在最优排气压力和最优过冷度两个参数条件下,循环存在最大COP。环境温度越高、蒸发温度越低,采用机械过冷方法使循环性能提升越显著,相对传统CO_2制冷循环,通过辅助循环可显著提高循环COP,降低CO_2排气压力和温度。相对CO_2压缩机,辅助循环压缩机的功耗较少。分析了辅助循环中采用11种不同制冷剂的性能,可得除R41外,其它10种工质对循环整体COP的提升程度差异不明显。综上所述,机械过冷CO_2跨临界制冷循环更适用于环境温度较高、蒸发温度较低的场合。     

以跨临界CO_2-离子液体[bmim]PF_6为工质对的吸收式制冷循环性能分析

选择跨临界CO2-[bmim]PF6作为新型的吸收式制冷工质对,考察了CO2在离子液体[bmim]PF6中的溶解度和CO2-[bmim]PF6工质体系的热物性.计算了在给定工况下循环的制冷特性并对结果进行了分析与讨论.     

跨临界二氧化碳制冷技术现状研究

二氧化碳作为一种自然制冷剂，可以根本上解决制冷系统的CFCs工质替代问题。本文介绍了二氧化碳跨临界制冷循环系统及其关键设备——制冷压缩机、气体冷却器、蒸发器、膨胀机的研究设计进展情况，并详细介绍了压缩机、气体冷却器和膨胀机的性能影响因素。     

闭式跨临界CO2热泵烘干系统最优工况研究

目的 对跨临界CO2热泵驱动的闭式干燥系统展开理论研究,得到CO2闭式热泵中最优工况的计算方法和原理。方法 通过建立CO2循环与空气循环热力学耦合的数学模型,计算干燥循环中空气的温度、焓值、相对湿度、含湿量,以及跨临界CO2热泵系统中工质的温度、压力、焓值等参数。通过调整冷凝干燥后空气温度,以热泵烘干系统的COP为评价依据,探究空气循环与CO2热泵循环的耦合机理。结果 获得了CO2循环系统最优排气压力随闭式空气循环系统在不同工况下的变化规律,并基于所建立的计算程序,获得了典型工艺参数下的热泵系统的热力学参数,为关键设备(风机、换热器、压缩机等)选型及系统控制方法提供了理论依据。结论 研究表明,在CO2热泵冷却器出口状态为临界状态时,系统的COP达到最优。     

跨临界CO2热泵热水器系统的试验研究

介绍带回热器的跨临界CO2热泵热水试验系统。通过改变气冷器水流量对跨临界CO2水-水热泵多种工况的循环性能进行试验研究,获得一系列试验数据。试验结果表明:跨临界CO2热泵循环可获得比常规工质要高的出水温度;增加气冷器水流量可有效提高系统的制热系数。     

二氧化碳跨临界循环系统用新型膨胀机的研发

由于传统的人工合成制冷剂对环境的不良影响,环保的自然工质CO2重新兴起。提高CO2跨临界循环系统的效率成为CO2制冷技术发展的一个研究重点。采用膨胀机可以提高CO2跨临界循环系统的效率,使其接近普通制冷系统的效率。在原有单缸滚动活塞膨胀机的基础上,设计并加工了新型双缸膨胀机样机,对其设计过程、运动原理等进行了介绍,并利用CO2跨临界水-水热泵系统对样机进行了性能测试,测试结果显示,在试验工况下,膨胀机的转速为780～1100r/min,其等熵效率的为28%～33%。     

带闪蒸器补气的R134a准二级压缩制冷/热泵系统实验研究

为增加空气源热泵运行的稳定性及提高其性能系数,本文提出了以R134a为工质的涡旋压缩机闪蒸器补气制冷/热泵系统。搭建了实验台对压缩机排气温度、功耗、制冷量、制热量及制冷、制热性能系数进行研究。结果表明:当冷凝温度为45℃,蒸发温度为-20~0℃时,与采用相同工质的单级系统相比,补气系统的排气温度降低了6.2℃,功耗增加1.4%~2.8%,制冷量和制冷COPc分别提高19.8%和17.6%,制热量和制热COPh分别提高15.3%和13.2%。     

N_2O跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环

将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO_2和N_2O用于跨临界两级压缩膨胀制冷循环的性能.结果表明:N_2O用于跨临界两级蒸气压缩膨胀制冷循环中的综合性能要优于CO_2.在所选定的工况范围内,N_2O系统的C_(cop)值(性能系数)比CO_2最多提高9.6%,当气冷器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的C_(cop)值增加越明显;N_2O系统的最优高压压力远低于CO_2,在气体冷却器出口温度为40 ℃时,最优高压侧排气压力最多降低了16.2%;N_2O系统在排气温度、单位质量制冷量方面也较CO_2具有优势.最后提出通过降低气体冷却器出口温度来提高跨临界带膨胀机制冷循环性能和降低最优高压侧排气压力的观点.     

再循环重力供液制冷系统实验

对重力供液制冷系统形成再循环的条件和再循环时蒸发器的传热性能进行理论分析,建立相应的数学模型。将重力供液制冷系统与直接膨胀供液制冷系统进行比较,得到两种不同制冷系统工作特性上的差异。通过在焓差实验室中测定制冷系统在不同工况下的压力、风量、制冷量以及耗功等技术参数,得到重力供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统在室外干球温度一定的情况下传热系数、制冷量以及系统COP的变化规律。实验表明:再循环的形成可以增大制冷剂流速同时充分润湿传热表面,强化换热效果显著,在测试的工况下蒸发器的传热系数可增大近40%,COP最大提高7.6%,低温工况的增幅更大。     

R404A直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出R404A直接接触凝结换热的制冷循环,分析R404A直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩制冷循环的性能进行对比。得出结论:在一定的冷凝温度、蒸发温度和过冷液体的过冷度下,直接接触凝结制冷循环存在最佳的饱和液体温度,并在此最佳的饱和液体温度下,获得最优的性能和最小的冷凝热负荷,随着过冷液体的过冷度增大和蒸发温度升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数增加、冷凝热负荷减少,获得最优性能的最佳饱和液体温度值提高。过冷液体的过冷度为25℃时,直接接触凝结制冷循环的最佳性能系数较双级压缩制冷循环的最佳性能系数提高6.2%。直接接触凝结制冷循环的最小冷凝热负荷较双级压缩制冷循环的最小冷凝热负荷减小1.8%。     

翅片管式CO2气体冷却器模拟与优化

为了研究CO2在翅片管式气体冷却器内的流动特性,建立了稳态分布参数模型,并进行了实验验证。结果表明:CO2侧换热系数受入口压力和质量流量的影响较大,但入口温度对其影响很小。换热量随着入口压力的变化有一个最大值;且随着流量的增大,最大换热量所对应的入口压力值逐渐增大。压降和换热量均随入口温度的增加而线性增加。适当增加管程数,采用较小管径的气冷器性能更高。     

微乳化乙醇柴油热物性计算与分析

车用清洁型微乳化油是内燃机的理想代用燃料之一．微乳化油热物性参数难以计算,从而影响在内燃机上对它的定量计算研究．以微乳化乙醇柴油为例,用经验公式计算其蒸发焓、生成焓、液体比热容、导热率和微乳化油蒸气的扩散系数,分析了温度和压力以及不同溶醇量对热物性参数的影响规律,为微乳化油热物性参数的计算提供一种工程方法．结果表明：随着温度的增加,微乳化乙醇柴油蒸发焓、导热率降低,定压比热容和微乳化油蒸气扩散系数增加;随着压力增加,微乳化油蒸气扩散系数降低;随着混合燃料中乙醇含量的增加,定压比热容和混合气扩散系数均增大,蒸发焓减小;乙醇含量对混合燃料导热率的影响与燃料温度有关,在一定温度下乙醇含量效应发生逆转;微乳化乙醇柴油中乙醇含量增加有利于燃料蒸发．     

NH_3/CO_2复叠换热器性能的实验研究

随着NH3/CO2复叠式制冷系统的推广应用,开发高效复叠换热器对于提高整个系统的性能至关重要.通过对一台NH3/CO2复叠式制冷系统进行实验研究,分析运行工况和传热管数量对复叠换热器的传热温差、热流密度和换热系数等性能参数的影响规律;获得了NH3/CO2复叠换热器在工程设计中的换热系数取值范围为1987～2378W/(m2.K);通过实验得到了复叠换热器的改进方案,使其传热面积减少了60％,有效地降低了复叠换热器的制造成本.     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。     

送风温度对车用跨临界CO2制冷系统影响的仿真研究

为研究送风温度对实际车用跨临界CO₂制冷系统综合性能的影响,借助GT-Suite仿真软件,建立了单级跨临界CO₂制冷系统的仿真模型。基于设计的三种工况,在风量设置上限的情况下对比了不同送风温度下系统的性能,提出了有效COP_eff的概念并对此进行研究。结果表明：在其他工况相同的条件下,提高送风温度可以提高系统的COP、有效COP_eff以及带风机功耗的有效COP_{eff, b};在低冷负荷工况下,考虑系统风机功耗后的综合性能COP_b存在最优值为3.819,即系统存在对应的最优送风温度,但当负荷增大至一定水平时,最优送风温度不再存在。     

Experimental investigation on the performance of the refrigeration cycle using a two-phase ejector as an expansion device

In the present study, new experimental data on the performance of a never before seen two-phase ejector refrigeration cycle (TPERC) is presented. In this cycle, a two-phase ejector is used as an expansion device. The TPERC enables the evaporator to operate as in a liquid-recirculation system. The results are compared with those of the conventional refrigeration cycle (CRC). The effects of external parameters, i.e., heat sink and heat source temperatures on the system performance are discussed. The results show that the coefficient of performance of the TPERC is higher than that of the CRC over the whole range of experimental conditions. This is due to a higher refrigerant-side heat transfer coefficient in the evaporator, resulting from the higher refrigerant mass flow rate passing through the evaporator. However, the increase becomes relatively smaller as the heat sink temperature increases.