R41/R404A复叠式制冷系统的理论分析

对R41/R404A复叠式制冷循环进行理论研究,分别对高低温压缩机的排气温度、压缩机的功耗、系统性能系数COP、系统的效率η、损失X以及系统中各个部件的损失所占的比例随蒸发温度T_e的变化规律进行分析。研究结果表明:R41/R404A复叠制冷系统存在一个最高COP对应的最佳低温循环冷凝温度T_4opt,且T_4opt随着蒸发温度的升高而升高;高低温循环的压缩机排气温度随着蒸发温度T_e的降低而升高,低温级压缩机排气温度升高的幅度远大于高温级压缩机排气温度;压缩机的输入功率随蒸发温度的升高而降低;COP随着蒸发温度的升高而升高,蒸发温度从-60℃升高到-30℃时,COP从1.04增加到1.83;系统损失随着蒸发温度的升高而降低,从蒸发温度-60℃到-30℃,系统损失从5.4k W降到3k W。系统的最佳效率随着蒸发温度的升高,呈现先增加后减小的趋势,在蒸发温度为-36℃时,最佳效率最大值为44.4%;损失主要部件是冷凝蒸发器、高温级的节流机构和高温级压缩机,三个部件的损失之和最大为60.4%,最低为57.6%。蒸发器和冷凝器的不可逆损失最小,其比例不到10%。     

R1270/CO_2复叠式制冷系统热力学分析

针对R1270/CO_2复叠式制冷系统,通过能量及分析的方法,分析了低温级冷凝温度、系统蒸发温度、系统冷凝温度以及冷凝蒸发器传热温差对系统COP、损I和质量流量的影响。分析结果表明,在其他变量一定的条件下,存在确定的低温级冷凝温度使系统COP最大,总损最小;适当的升高系统蒸发温度和降低系统冷凝温度,以及减小冷凝蒸发器传热温差,可以增大系统COP和降低损;R1270高温级部件和冷凝蒸发器的损占总损比例较大,需对其进行重点优化。降低低温级冷凝温度和系统冷凝温度,提高系统蒸发温度可以减少系统中R1270的充注量。     

R404A/CO2复叠式制冷系统的熵分析

为了研究R404A/CO₂复叠式制冷系统的性能,对其进行了热力学分析。采用理论计算和熵产最小法分析蒸发温度T_e、冷凝温度T_k、冷凝蒸发器的传热温差△T等参数对该系统的性能、部件及整个系统的熵产的影响。结果表明,给定T_e、T_k和△T时,在最佳低温级冷凝温度下,系统COP取得最大值,系统总熵产取得最小值;高温级节流阀和压缩机、冷凝蒸发器和低温级压缩机的熵产约占总熵产的80%。     

R404A双级压缩载冷循环和复叠式制冷循环系统对比分析

阐述了R404A为制冷剂的两种不同形式的两级循环:R404A双级压缩CO_2载冷循环和R404A/CO_2复叠制冷循环。通过对比分析发现,两个系统都存在系统最大COP且都随着冷凝蒸发换热温差的增大而减小,随着蒸发温度的升高而增大。同时,在低温区间上复叠系统的COP较大,但是在-30℃附近,双级压缩载冷循环的系统COP和复叠式制冷系统相当,而且双级压缩载冷循环中R404A和CO_2的充灌量比复叠制冷系统少,在节约能源和系统维护方面很具有级优势。     

R410a双级制冷循环性能研究

基于两级节流、中间完全冷却的R410a双级制冷循环,建立了热力学模型并进行了性能分析。结果表明,随着双级循环中间压力的升高,系统制冷量和耗功均降低,系统COP先升高后降低,系统存在最优中间压力,并且对应最优中间压力存在最优中间温度。与单级循环相比,双级循环的高压级压缩机排气温度低于单级循环的排气温度,约低35.47℃,双级循环系统COP提高了约7.41%。■分析表明,蒸发器■损失最大,约占总■损失的42.78%,其次,冷凝器■损失占32.50%;压缩机■损失最小,约为16.70%,其中,低压级压缩机■损失比高压级压缩机高约28.60%。由双级循环中膨胀机代替节流阀循环的分析得出,膨胀机循环性能COP比节流阀提高了约42.24%,■损失降低约23.74%,膨胀机循环无论在参数优化还是性能改善方面,均比节流阀循环具有一定优势。     

NH3/CO和R507/CO2复叠式制冷系统性能模拟分析

建立了NH_3/CO_2和R507/CO_2复叠式制冷系统热力学模型,并改变冷凝蒸发器换热温差、低温级蒸发温度和高温级冷凝温度来研究两种系统的性能。结果表明,冷凝蒸发器换热温差对R507/CO_2复叠式制冷系统效率影响更大,相同工况下,R507/CO_2复叠式制冷系统的COP略低于NH_3/CO_2复叠式制冷系统,但R507/CO_2复叠式制冷系统随低温级蒸发温度升高的增长速率较大,随高温级冷凝温度增长而降低的速率较小,且R507制冷剂比NH_3制冷剂更加安全,可以通过降低冷凝蒸发器换热温差,提高低温级蒸发温度,降低高温级冷凝温度的方法来提高复叠式制冷系统COP。     

压缩机频率对双级压缩制冷系统的影响

为研究压缩机频率对双级压缩制冷系统性能的影响,通过实验,改变高温级压缩机频率来调节系统中间压力,分析一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统性能的变化。研究表明,在冷凝温度30℃、蒸发温度-30～-40℃的工况下,固定低压级压缩机频率,当高压级压缩机频率一定时,系统COP随着蒸发温度的升高而升高;当蒸发温度一定时,高压级压缩机频率从45 Hz升高到75 Hz,系统中间压力小幅上升,压缩机功耗增加,制冷量增加,系统COP呈现先增大、后减小的变化趋势,故存在一个最优运行频率使系统运行达到最佳状态。     

经济器单级与中冷带负荷双级制冷系统性能分析

建立了R404A单级带经济器制冷系统及R404A双级压缩中冷带负荷制冷系统的热力学模型,研究蒸发温度和冷凝温度的变化对系统的排气温度、制冷剂流量及系统COP的影响。结果表明:在相同工况下,双级压缩系统的排气温度低于带经济器的单级系统,制冷剂流量和COP均高于带经济器的单级系统。在冷凝温度为35℃,冻结物冷藏间蒸发温度为-30℃,冷却物冷藏间蒸发温度为-7℃的设定温度下,双级系统的制冷系数为3. 72,比带经济器的单级系统高12. 28%,比基本单级制冷系统高17. 23%。双级系统运行更为安全可靠,受冷凝温度的影响更小。     

高温级输气量对变频复叠制冷系统的影响

为了研究高温级输气量对R410A/R410A变频复叠制冷系统的影响,搭建了变频复叠制冷系统实验台。实验研究了高温级输气量在不同工况下对R410A单一制冷剂变频复叠制冷系统性能的影响规律。实验结果表明:冷凝温度为30℃、蒸发温度为-34～-42℃,高温级压缩机排气温度低于120℃,系统可以安全稳定运行;蒸发温度为-42℃时,高温级输气量从4.44×10~(-4)m~3/s增加到8.82×10~(-4) m~3/s,系统制冷量增加了81.65%,即高温级输气量每增加5.5×10~(-5) m~3/s,制冷量平均增加10.21%;蒸发温度越低,制冷量增长速度越快;系统性能系数COP随着高温级输气量的增加先增大后减小,存在最佳输气量,通过工况及高温级输气量对系统影响的实验结果拟合得到了COP的优化关联式和最佳高温级输气量的优化关联式,为实际应用中高温级输气量的选择提供参考依据。     

应用于超低温区二元复叠制冷系统热力学性能分析

本文以超低温区的R290/R170复叠制冷系统为对象,利用Aspen Hysys建立其理论模型,通过改变系统的各运行工况研究得出系统的COP、质量流量比m_L/m_H、低温级压缩机排气温度等参数的变化规律。结果表明：系统COP、质量流量比随低温级蒸发温度、冷凝器出口工质过冷度的升高而升高,随高温级冷凝温度、低温级工质过冷度、复叠温差的升高而降低。在满足超低温要求的前提下,复叠温差对系统性能的影响最为显著。     

不同中温制冷剂的CO2复叠制冷系统性能研究

针对NH_3/CO_2复叠系统的安全风险较大,R507、R404A等中温制冷剂的CO_2复叠系统GWP高等问题,提出了R449A/CO_2复叠制冷系统,采用容量调节精准、效率高的数码涡旋技术,分析不同冷媒的低温级蒸发温度、低温级冷凝温度、中间换热温差、高温级冷凝温度等因素对系统性能的影响。结果表明:在相同低温级蒸发温度下,R449A复叠系统EER要高于R404A与R507两种制冷剂,且随着蒸发温度的升高,EER的增长幅度相对也更大;随低温级冷凝温度的升高,R449A复叠系统能效比较R404A与R507高3%左右;在相同中间换热温差下,R449A的系统EER相比于R404A复叠系统提升约2%;R449A系统在冷凝温度较低时表现出的系统性能更为优越,在冷凝温度为30℃时,系统EER与R404A、R507系统相比提升2.8%。     

新型双蒸发两级压缩/喷射制冷系统性能分析

为提高两级压缩制冷系统性能,提出了一种新型双蒸发两级压缩/喷射制冷系统,建立了系统热力学计算模型,对不同工况下的系统性能进行了研究。结果表明:当低温蒸发器和高温蒸发器的蒸发温度升高时,新系统性能系数和单位容积制冷量都增大;当冷凝温度升高时,性能系数、制冷量和相对于传统系统的性能系数提升率都减小;当蒸发和冷凝温度固定时,随着中间温度的升高,性能系数先增大后减小。在低温蒸发器和高温蒸发器的蒸发温度分别为-10℃和0℃、冷凝温度为40℃的情况下,当中间温度为20℃时,性能系数达到最大值4.7,与传统系统相比新系统性能系数提升率均在17%以上。     

机械预冷的自复叠制冷循环对比优化研究

为提高自复叠制冷(ACR)系统的制冷量和能效比,提出了一种机械预冷的自复叠制冷(PACR)系统,高温级为R600单级蒸气压缩式系统,低温级为R134a/R23ACR系统。研究了在不同工况下PACR系统与ACR系统和带回热器的ACR(RACR)系统的性能。结果表明,在蒸发器出口温度为-50℃,气液分离温度为11℃时,PACR系统中高温级循环使用R600性能最优,较RACR系统的COP最优点有1.7倍的提升。在冷凝温度为30℃,蒸发器出口温度变化范围为-50～-40℃时,PACR系统的Q_e和COP相较于ACR和RACR系统更有优势,且蒸发器出口温度为-50℃时,PACR系统的Q_e和COP较RACR系统提升最大,可分别提高2.8倍和1.7倍。     

R32、R290滚动转子式压缩机的热力性能对比研究

建立了滚动转子式压缩机热力学稳态仿真模型,在相同理论容积输气量的条件下,分析了吸气过热度、蒸发温度、冷凝温度对以R22、R32和R290为制冷工质的滚动转子式压缩机热力性能的影响规律。对比研究表明:在相同工况下,R22的性能系数COP最大但与R32接近,R290的COP最小;若压缩机高低压比降低,COP增加明显;当仅增加吸气过热度时,R32、R22的COP变化很小,而R290的COP增加较为明显,并逐渐接近R32和R22;吸气过热度仅对排气温度有较大影响,而对质量流量、功率、制冷量、COP的影响很小,蒸发温度、冷凝温度对热力性能的影响更显著。     

R404A和R507A在双级制冷系统中的应用分析

对R404A、R507A、R22和R502在一次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统中的运行性能进行模拟,并对结果进行分析比较。结果表明:R404A和R507A的各项性能比较接近,R404A的压缩机耗功比R507A高2.86%;低压压缩机排气温度比R507A高0.58%,高压压缩机排气温度比R507A高2.65%;COP比R507A高0.01;中间温度比R507A低6.14%。     

蒸发温度和压缩机频率对复叠式制冷系统的影响研究

为扩展复叠式制冷系统在普冷领域的应用范围,本文设计一套小型变流量复叠式制冷系统,通过模拟和实验研究了蒸发温度t_e、低温级压缩机频率等参数变化对系统性能COP的影响。结果表明,保持冷凝温度40℃不变、在-34～-30℃范围内调节蒸发温度,蒸发温度升高,系统COP增大,低温级功耗降低;在50～65 Hz范围内调节低温级压缩机频率变化,随着频率的增大,COP先增大后减小,不同频率下对应不同的电子膨胀阀开度,使系统效率达到最佳。     

跨临界CO_2热泵高温热水器性能实验研究

本文针对排气压力、出水温度、压缩机频率、膨胀阀开度等参数的变化对跨临界CO_2热泵高温热水器性能的影响开展了实验研究,重点关注了出水温度高于75℃时的热水器性能特性。研究结果表明:不同出水温度对应不同最优排气压力,随着出口水温的升高,最优排气压力升高,相应系统性能降低;随着蒸发压力的升高,系统COP先增大后减小;在膨胀阀开度不变的情况下,压缩机频率85 Hz、环境温度25℃、蒸发温度14℃时,系统制取95℃热水时的最优COP为3.9。     

回热器对R404A制冷系统性能影响的实验研究

进行了回热器对R404A制冷剂性能影响的实验研究,得出了有无回热器工况下运行时机组的性能参数,并对它们进行了比较和分析。得到的结论是:回热器对R404A制冷系统性能在低温工况下是有利的;回热器虽然会使制冷系统的制冷量和COP增加,但都会引起压缩机排气温度升高,某些工况最高排气温度达到了162.8℃,会影响压缩机的正常运行。     

带闪发器中间补气的R32空气源热泵系统性能实验研究

针对R32空气源热泵系统存在的冬季制热性能下降、排气温度过高等问题,本文对使用闪发器的中间补气空气源热泵系统性能及影响因素进行了实验研究。结果表明,系统相对补气量、制热量及压缩机耗功均随着相对补气压力的升高而增大,排气温度则随着相对补气压力的升高而降低,而制热COP在环境温度高于-5℃时,随相对补气压力升高而减小,在环境温度低于-5℃时,随中间压力升高而呈先增加后减小趋势,系统最佳相对补气压力约为1.2。与传统空气源热泵系统相比,带闪发器的R32中间补气热泵系统的制热量及压缩机耗功均大于传统系统,排气温度则低于传统系统;当环境温度高于-3℃时,传统热泵系统制热COP高于闪发器中间补气系统,而当环境温度低于-3℃时,闪发器中间补气系统制热COP高于传统热泵系统。     

复叠式制冷系统性能的模拟分析

为提高制冷系统运行性能、优化系统结构设计,用EES软件对可实现复叠与双级压缩转换的制冷系统进行模拟分析,分析对比了复叠循环与双级压缩循环、级间容量比及高温级频率对复叠循环的影响。结果表明:蒸发温度对复叠循环和双级压缩循环系统COP的影响都很大,且蒸发温度较低工况下,应选用复叠循环以提高系统COP。对于复叠循环:蒸发温度和冷凝温度一定,随级间容量比的增加,复叠式制冷系统的中间温度降低,级间容量比与冷凝温度一定,蒸发温度每上升1℃,系统的中间温度增加1.5℃;当工况一定时,系统COP随级间容量比的增加呈现出先增大后减小的变化趋势,故对于固定工况下的复叠式制冷系统存在一个使系统COP最优的级间容量比;随高温级频率增大,系统的级间容量比减小,系统的COP先增大后缓慢减小,在达到最佳COP后,系统运行稳定。