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超临界CO_2流体特性及跨临界循环系统的研究

作　者: 刘圣春
导　师: 马一太
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: CO2跨临界循环 超临界流体 相变延迟 气体冷却器
分类号: TB611
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 631次
引　用: 12次
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内容摘要


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。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
第一章 绪论  8-33
  1.1 研究背景  8-15
  1.2 CO_2作为制冷剂的复兴  15
  1.3 CO_2制冷循环部件研究进展  15-23
  1.4 CO_2制冷系统仿真研究进展  23-24
  1.5 CO_2制冷循环应用研究  24-29
  1.6 今后研究的重点  29-30
  1.7 本文的主要内容  30-32
  1.8 本文研究的目的及意义  32
  1.9 本章小结  32-33
第二章 CO_2 跨临界循环热力学分析  33-49
  2.1 循环比较的基准－当量温度法  33-35
  2.2 CO_2跨临界循环的最优高压压力  35-38
  2.3 系统基本参数对循环性能的影响  38-41
  2.4 提高CO_2跨临界循环性能的措施  41-47
  2.5 本章小结  47-49
第三章 CO_2非极性流体特性研究  49-61
  3.1 实际气体分子间力  49-52
  3.2 气液表面性质  52-56
  3.3 CO_2亚稳态和气泡成核的解释  56-59
  3.4 本章小结  59-61
第四章 CO_2跨临界系统润滑油性能研究  61-70
  4.1 润滑油的选择及种类  61
  4.2 制冷剂与润滑油的分子式  61-63
  4.3 润滑油的性能指标  63-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章 超临界CO_2泄漏分析  70-89
  5.1 泄漏通道形式  70-76
  5.2 超临界CO_2泄漏的机理分析  76-83
  5.3 超临界CO_2泄漏的实验研究  83-88
  5.4 本章小结  88-89
第六章 CO_2管翅式换热器的模拟计算与优化  89-112
  6.1 CO_2气体冷却器的模拟计算  89-103
  6.2 CO_2蒸发器的模拟计算  103-111
  6.3 本章小结  111-112
第七章 CO_2风冷系统实验研究  112-129
  7.1 CO_2风冷系统实验装置  112-122
  7.2 实验研究目的、内容、方法和注意事项  122-123
  7.3 实验结果和分析  123-128
  7.4 本章小结  128-129
第八章 结论、创新点及今后的研究方向  129-132
  8.1 主要结论  129-130
  8.2 论文的创新之处  130
  8.3 今后的研究方向  130-132
参考文献  132-139
攻读博士期间发表的学术论文  139-140
攻读博士期间申报的专利  140
攻读博士期间参加的科研项目  140
攻读博士期间获奖情况  140-141
致谢  141

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷理论 > 制冷的热力学、传热学、传质学、流体力学
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