CO2跨临界制冷循环的实验研究与性能优化（学位论文-工学）.docx

华 北 电 力 大 学 （ 保 定 ）硕 士 学 位 论 文CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 的 实 验 研 究 与 性 能 优 化姓 名 ： 刘 迎 福申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 动 力 工 程 及 工 程 热 物 理 ； 制 冷 及 低 温 工 程指 导 教 师 ： 谢 英 柏2011-03摘 要摘 要自 然 工 质 CO2 的 应 用 对 减 少 温 室 效 应 和 臭 氧 层 破 坏 具 有 重 要 意 义 ， 因 此CO2 跨 临 界 循 环 作 为 一 项 可 行 的 工 质 替 代 技 术 ， 得 到 了 国 内 外 的 广 泛 关 注 本文 以 自 然 工 质 CO2 为 研 究 对 象 ， 对 CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 进 行 实 验 研 究 和 理 论 优化 分 析 ， 为 CO2 跨 临 界 循 环 系 统 的 开 发 应 用 提 供 基 础 资 料 自 然 工 质 CO2 在 环 保 、 理 化 等 方 面 的 综 合 评 价 较 传 统 HCFCs 和 HFCs 类 工质 有 明 显 优 势 单 级 蒸 气 压 缩 式 CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 的 理 论 分 析 表 明 ： 蒸 发 温度 、 气 体 冷 却 器 出 口 温 度 和 高 压 压 力 对 循 环 性 能 的 影 响 较 大 。

本 文 进 行 的 高 压压 力 调 节 特 性 以 及 外 部 热 源 条 件 对 系 统 循 环 性 能 影 响 的 实 验 结 果 表 明 ： 存 在 最优 高 压 压 力 使 系 统 COP 达 到 最 大 值 ； 蒸 发 温 度 、 气 体 冷 却 器 出 口 温 度 对 系 统COP 影 响 较 大 ； 气 体 冷 却 器 出 口 温 度 升 高 导 致 最 优 压 力 快 速 增 加 ， 而 蒸 发 温 度对 最 优 压 力 影 响 不 明 显 ； 冷 却 水 温 度 、 冷 冻 水 流 量 和 温 度 对 系 统 性 能 有 较 大 影响 ， 而 冷 却 水 流 量 对 系 统 性 能 影 响 不 明 显 CO2 跨 临 界 双 级 压 缩 制 冷 循 环 的 性 能 明 显 优 于 单 级 循 环 ， 采 用 双 级 压 缩 是提 高 CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 性 能 的 有 效 途 径 本 文 进 行 了 CO2 跨 临 界 双 级 压 缩 制冷 循 环 的 系 统 优 化 分 析 中 间 完 全 冷 却 CO2 跨 临 界 双 级 压 缩 循 环 的 两 种 不 同 节流 方 式 对 比 分 析 表 明 ： 二 次 节 流 循 环 的 性 能 系 数 要 优 于 一 次 节 流 循 环 的 性 能 系数 ， 且 其 最 优 高 压 压 力 值 要 小 于 一 次 节 流 循 环 的 最 优 高 压 压 力 值 ； CO2 跨 临 界双 级 压 缩 /喷 射 制 冷 循 环 的 性 能 系 数 明 显 优 于 单 级 压 缩 /喷 射 循 环 和 双 级 压 缩 循环 ； 最 后 提 出 了 一 种 带 涡 流 管 的 CO2 跨 临 界 双 级 压 缩 循 环 ， 在 本 文 计 算 工 况 下 ，涡 流 管 循 环 比 双 级 压 缩 循 环 的 性 能 提 高 了 2.4%~16.8%。

关 键 词 ： CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 ； 性 能 系 数 ； 实 验 研 究 ； 双 级 压 缩 ； 系 统 优 化I摘 要AbstractThe application of natural refrigerant CO2 is of great significance to reduce thegreenhouse effect and ozone depletion. CO2 transcritical refrigeration cycle is presentlyan important aspect of natural refrigerant alternatives research. Based on the naturalrefrigerant of CO2 for the study, the CO2 transcritical refrigeration cycle system isexperimental studied and theoretical system optimization is made. Some fundamentaldata for the development and application of the CO2 transcritical system are obtained.The natural refrigerant of CO2 has great advantages in environment protection andphysicochemical properties over the traditional synthesized refrigerant HCFCs and HFCsthrough a comprehensive evaluation. Theoretical analysis on CO2 transcritical singlestage compression refrigeration cycle is made. Results indicate that the evaporationtemperature, gas cooler exit temperature and heat rejection pressure have importantinfluence on the system performance. In this dissertation, an experimental study ismade in order to testify the high-pressure-side regulation character and the influenceof external heat source. The experimental results show that there is an optimum highpressure to achieve the maximum COP, the evaporation temperature and gas cooler exittemperature have great impact on the COP. Increase of gas cooler exit temperature led toa rapid increase in the optimal high pressure, but effect of evaporation temperature is notobvious; cooling water temperature, chilled water flow rate and temperature have a greatimpact on system performance, while the cooling water flow rate has no obvious effect.CO2 transcritical two-stage cycle has better performance than the single stage one,two-stage compression is an effective method to improve the system performance. In thisdissertation, system optimization of CO2 transcritical two-stage cycle was employedmainly by theoretical analysis. Two different throttle types of two-stage cycle werecompared, results show that the double-throttling cycle has a higher COP than thesingle-throttling cycle, and its optimum high pressure is less. The performance of CO2transcritical two-stage compression/ejection refrigeration cycle is analyzed. Resultsindicate that the COP of two-stage compression/injection cycle is better than thetwo-stage cycle obviously. A vortex tube expansion CO2 transcritical two-stagerefrigeration cycle is established and thermodynamic analysis results indicate that theCOP improvement is 2.4%~16.8% at given conditions compared to the two-stage cycle.Keywords: CO2 transcritical refrigeration cycle; coefficient of performance;experimental investigation; two-stage compression; system optimizationII华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 此 处 所 提 交 的 硕 士 学 位 论 文 《 CO2 跨临界制冷循环的实验研究与性 能 优 化 》 ， 是 本 人 在 导 师 指 导 下 ， 在 华 北 电 力 大 学 攻 读 硕 士 学 位 期 间 独 立 进 行 研究 工 作 所 取 得 的 成 果 。

据 本 人 所 知 ， 论 文 中 除 已 注 明 部 分 外 不 包 含 他 人 已 发 表 或 撰写 过 的 研 究 成 果 对 本 文 的 研 究 工 作 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明确 方 式 注 明 本 声 明 的 法 律 结 果 将 完 全 由 本 人 承 担 作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日华 北 电 力 大 学 硕 士 学 位 论 文 使 用 授 权 书《 CO2 跨 临 界 制 冷 循 环 的 实 验 研 究 与 性 能 优 化 》 系 本 人 在 华 北 电 力 大 学 攻 读 硕 士学 位 期 间 在 导 师 指 导 下 完 成 的 硕 士 学 位 论 文 本 论 文 的 研 究 成 果 归 华 北 电 力 大 学 所有 ， 本 论 文 的 研 究 内 容 不 得 以 其 它 单 位 的 名 义 发 表 本 人 完 全 了 解 华 北 电 力 大 学 关于 保 存 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 同 意 学 校 保 留 并 向 有 关 部 门 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电子 版 本 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。

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