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《天津大学》 2006年
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超临界CO_2流体特性及跨临界循环系统的研究

刘圣春  
【摘要】: 随着国际上对自然工质CO2跨临界循环研究的深入,扩展CO2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CO2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CO2跨临界双级压缩循环的性能分析,得出了CO2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CO2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CO2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CO2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CO2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CO2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CO2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CO2理论泄漏模型,对于设计CO2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CO2气体冷却器和蒸发器模型,模拟了CO2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CO2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CO2跨临界空调系统的实用化提供了实验数据。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB611

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