CO2双级压缩中间补气制冷系统理论分析与实验研究

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中文摘要：“双碳”背景下，冷链行业减排降碳面临巨大挑战。目前冷链设备中广泛使用的氟利昂制冷剂不仅会造成臭氧层破坏，还会引起温室效应。CO2制冷剂因其优良的环保型性能及热稳定性在暗淡几十年后又重回人们视野，CO2制冷被称为“双碳”目标下制冷技术发展的最优路径。本文主要研究了应用于冷库贮藏的CO2双级压缩制冷系统，并结合理论分析与实验研究了该制冷系统性能。建立了CO2单级循环、带中冷器的双级循环、带闪蒸器的双级循环以及同时配置中冷器和闪蒸器的双级制冷循环热力学模型，分析了蒸发温度、高压压力、气冷器出口温度、压缩机等熵效率、中间压力等参数对系统性能的影响，研究了不同工况下系统的最优高压与中间压力。分析结果表明，同时配置中冷器和闪蒸器的双级系统性能最优，蒸发温度为-25℃时，该系统COP比单级循环提高了35.1%，最优高压为9MPa，最佳中间压力为4.5MPa，并针对此CO2双级系统进行了?分析，探究了各部件?损和?效率随参数的变化情况，结果显示该制冷系统?效率随蒸发温度升高而减小，在研究的温度范围内，系统?效率最大为0.354（蒸发温度-35℃）。设计并搭建了同时配置中冷器和闪蒸器的CO2双级压缩制冷系统（双级压缩中间补气系统）实验装置，并对其进行了实验研究。首先通过调节电子膨胀阀测试了机组单级跨临界运行特性，在蒸发温度较低时，系统排气温度可高达140℃，COP和制冷量均较小。切换至双级运行模式，对中间补气双级压缩制冷系统进行了实验研究，测试了蒸发温度、高压压力、中间冷却器出口温度和高压级压缩机频率对排气温度、制冷量、功耗及COP的影响。实验结果表明，系统受中间冷却器出口温度影响较小，受蒸发温度影响较大，当蒸发温度从-28℃上升至-20℃时，系统COP提高了23.9%；系统的最优高压压力为8.4MPa，此时对应的最大COP为1.78；高压级压缩机频率增大，系统COP也呈现先增大后减小的趋势，且压缩机频率在52Hz时，系统COP达到最大值1.73。最后将未补气的双级系统同补气式系统进行了对比，结果表明相同工况下中间补气系统高压级排气温度降低，制冷量和COP增大，蒸发温度为-22℃时，中间补气系统较未补气系统高压级排气温度降低了24.73%，制冷量和COP分别提升了18.44%和7.42%。综上分析表明，CO2双级压缩中间补气制冷系统性能较好，其在低温领域中推广和应用具有广阔的前景。

作者：

何庆

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关键词：

二氧化碳制冷系统双级压缩中间补气排气温度制冷量

授予学位：

硕士

学科专业：

动力工程及工程热物理

导师：

张振涛

学位年度：

2023

学位授予单位：

上海海事大学

语种：

中文

中图分类号：