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R290/CO_2自然工质复叠式制冷循环系统的理论分析与实验研究

宁静红  
【摘要】: 本文以自然工质R290/CO_2复叠式低温制冷系统为研究对象,通过理论分析,热力计算和实验研究相结合,进行了换热设备结构的优化设计,压缩机的合理配置,提高系统性能等方面的研究。 论文对R290/CO_2复叠式制冷循环进行了热力学分析,得出循环在一定的蒸发温度、冷凝温度和冷凝蒸发器传热温差下,存在的最优低温循环冷凝温度和最佳的质量流量比;分析了压缩机的效率、气体过热和液体过冷对R290/CO_2复叠式制冷循环性能的影响。拟合出了最佳低温循环冷凝温度、最佳质量流量比和R290/CO_2复叠式制冷循环的COP随蒸发温度和冷凝温度之间的函数关系。通过对带经济器、内部热交换器和减小冷凝蒸发器传热温差的R290/CO_2复叠式制冷循环的热力性能比较得出,带经济器、内部热交换器的R290/CO_2复叠式制冷循环的COP增大,压缩机排气温度、功率消耗和所需容积排量减小,为R290/CO_2复叠式制冷系统的优化设计和节能提供了相应的理论依据。对应用于超市食品冷冻冷藏的R290/CO_2复叠式制冷循环和NH3双级压缩制冷系统进行比较,得出R290/CO_2复叠式制冷循环在超市制冷系统和食品加工行业中有着明显的优势。 论文对R290在凝结换热过程中的物性变化进行分析,得到了R290凝结换热过程的流型,得出了R290凝结换热系数和冷凝流动过程阻力损失的影响因素。对R290蒸发沸腾过程的换热特性,亚临界循环CO_2凝结换热特性进行分析。对R290管内沸腾、CO_2管外冷凝与R290管外沸腾、CO_2管内冷凝的两种形式冷凝蒸发器进行比较,得出R290管外沸腾、CO_2管内冷凝的冷凝蒸发器总传热系数减小,平均温差增大。计算了在低温下的CO_2沸腾换热过程的流动特性,分析了CO2沸腾换热的影响因素。所有研究的结果为R290/CO_2复叠式制冷循环系统的设计和运行提供了理论基础。 根据模型优化计算的结果,对R290/CO_2复叠式制冷循环系统的R290冷凝器、冷凝蒸发器和CO_2蒸发器和相关部件进行结构优化设计、加工制造,对R290压缩机和CO_2压缩机进行分析选型,搭建了R290/CO_2复叠式制冷循环实验台。通过实验研究,得到蒸发温度、冷凝温度、冷却水流量、冷却水进口温度,工质充灌量等对R290/CO_2复叠式制冷循环运行性能的影响和对换热设备换热特性的影响,所得到的实验结果,为今后R290/CO_2复叠式制冷系统的进一步完善和优化提出相应的依据。


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