CO2跨臨界蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)高壓優(yōu)化新方法及應(yīng)用.pdf

1、從二十世紀九十年代開始制定、執(zhí)行并逐步完善的蒙特利爾公約和京都議定書規(guī)定逐步限制使用和淘汰傳統(tǒng)的CFC,HCFC和HFC類制冷劑,旨在保護臭氧層和抑制全球氣候變暖。對照公約規(guī)定的時間表和路線圖,制冷行業(yè)面臨著迫切的尋找替代工質(zhì)的工作。其中二氧化碳(CO2)是作為一種環(huán)保、安全、廉價的自然工質(zhì),其應(yīng)用前景十分廣闊。
　　 由于CO2臨界溫度(31℃)較低,使用CO2的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)常常運行在跨臨界循環(huán)下?？缗R界循環(huán)的高壓側(cè)運行

2、在超臨界區(qū),在熱物性方面,工質(zhì)壓力和溫度不相關(guān)。因此CO2跨臨界制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)運行壓力是一個可以調(diào)節(jié)的參數(shù),并且顯著的影響COP(Coefficient ofPerformance),這是跨臨界循環(huán)區(qū)別于亞臨界循環(huán)的一個顯著特點,即存在最優(yōu)高壓。以COP為目標的高壓優(yōu)化問題是CO2跨臨界制冷系統(tǒng)研究和設(shè)計的一個基本問題,也是一個熱點問題。但同時,這也是一個有待進一步完善的研究課題。目前的研究工作足以證明,傳統(tǒng)的基于理想循環(huán)分析的高壓優(yōu)

3、化方法存在明顯的偏差,會造成顯著的COP損失。
　　 迄今為止,CO2最成功的應(yīng)用存在于車輛空調(diào)系統(tǒng)、超市冷凍保鮮系統(tǒng)、熱泵熱水器等產(chǎn)品,這些產(chǎn)品利用了CO2的不可燃、高安全性、壓力高適用于較低溫度制冷應(yīng)用等特殊性質(zhì)。但CO2系統(tǒng)的高壓比決定了相對于使用傳統(tǒng)工質(zhì)的制冷系統(tǒng)相比,CO2跨臨界系統(tǒng)具有更大的節(jié)流損失和壓縮功耗。為了提高CO2跨臨界制冷系統(tǒng)的效率,研究者考察了兩級壓縮、中間換熱器、閃蒸箱和變頻調(diào)節(jié)等在內(nèi)的多種技術(shù)。變頻

4、壓縮機技術(shù)現(xiàn)今已是一種較為成熟的制冷系統(tǒng)容量調(diào)節(jié)技術(shù),尤其是在家用空調(diào)和分布式中央空調(diào)領(lǐng)域有著廣泛的成功的商業(yè)化應(yīng)用。變頻技術(shù)應(yīng)用于CO2跨臨界制冷系統(tǒng),將給這類系統(tǒng)在熱力性能設(shè)計、高壓優(yōu)化和控制器設(shè)計等方面都帶來顯著的影響和挑戰(zhàn)。例如,該系統(tǒng)的熱力性能優(yōu)化問題升格成為一個多變量優(yōu)化問題,系統(tǒng)主要的可優(yōu)化的運行參數(shù)將至少包括高壓壓力、壓縮機頻率和吸氣過熱度。這些最優(yōu)運行參數(shù)的獲得將變得極其復(fù)雜、困難,無論是通過實驗測試手段或者數(shù)值模擬手

5、段。如何快速、高效的獲得可靠的最優(yōu)運行參數(shù)關(guān)聯(lián)式是該系統(tǒng)設(shè)計的核心難題之一。
　　 本文將以CO2跨臨界制冷系統(tǒng)的高壓優(yōu)化及其控制為核心研究問題,具體研究問題包括以下幾點:
　　 1.指出在CO2跨臨界制冷系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的基于理想循環(huán)分析的高壓優(yōu)化方法存在缺陷的根本原因,并提出可行的技術(shù)解決方案
　　 2.研究在線優(yōu)化控制在CO2跨臨界制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用,以避免使用任何形式的顯式的最優(yōu)高壓關(guān)聯(lián)式及其風險、工作量