CO2跨临界压缩机性能实验台的设计

两级节流跨临界CO2引射制冷系统性能模拟及实验研究CO2作为一种天然制冷剂,其ODP值为0、GWP值为1,非常符合我们对环境保护的要求。

传统跨临界二氧化碳制冷系统压力高,节流损失较大,因此提升系统COP意义重大。

本文采用针阀和引射器两种节流装置对系统进行两级节流,其中第一节流装置用来控制高压侧压力,第二节流装置控制蒸发温度并回收部分膨胀功。

本文主要对系统中的第二节流装置引射器进行了数值模拟和实验研究,研究了不同工况条件下的系统性能,分析了系统性能的影响因素;实验对比了第二节流装置采用引射器和使用传统节流装置对系统性能的影响。

本文使用ANSYS CFX对不同尺寸的引射器内部流动及性能进行了数值模拟,分别模拟了不同引射器进口压力条件下引射器内部速度场、温度场、压力场及引射比。

模拟结果表明:二氧化碳在引射器中速度整体上呈先增加后减小的趋势;压力、温度在第二喷嘴喉部处出现快速下降;对喷嘴距分别为0mm、9mm、15mm 的引射器内部的速度分布、压力分布、温度分布及引射比等参数的模拟。

结果表明,喷嘴距为9mm时引射器的引射比最大。

同时,对混合室长度分别为92mm、124mm的引射器模拟结果表明,混合室长度为124mm的引射器性能高于于混合室长度92mm的引射器性能。

实验数据表明,在固定蒸发压力和气冷器出口温度时,压缩机功耗随排气压力的增加呈增加趋势,制冷量及系统性能系数随排气压力的增加呈先增加后减小的趋势,在排气压力为9MPa时系统性能达到最值。

对于不同的工况条件,系统性能系数随喷嘴距的增加呈先增加后减小的趋势,在喷嘴距为9mm时系统性能系数取得最大值。

混合室长度分别为92mm、124mm的引射器实验数据表明,使用混合室长度为124mm引射器的系统性能系数大于混合室长度92mm引射器的系统性能系数。

这些结论与数值模拟结论是一致的,但引射器引射比模拟值要高于实验值。

引射器节流与传统节流的比较结果表明,在相同的实验工况条件下,使用引射器节流装置减少了的二氧化碳节流损失,提升了二氧化碳制冷系统性能。

二氧化碳跨临界压缩机研究进展杨德玺俞炳丰（西安交通大学）3.2.2滑片式C O2压缩机滑片式压缩机是容积式压缩机的一种。

气体在滑片式压缩机压缩过程中的泄漏途径有周边密封间隙、转子表面间隙、滑片端部间隙和再膨胀等。

因为在滑片式C O2压缩机中泄漏损失是影响容积效率的重要因素，而压降损失对容积效率的影响很小，所以容积效率会随转速的提高而增大。

对于滑片式C O2压缩机来说，即使转速很高，其吸气压降值也很小，因而与R134a压缩机相比，它更适于在高转速的条件下工作。

由于泄漏损失随转速的升高而下降，而压力损失随转速的升高而增加，所以指示效率会随转速的增加略显凸形。

由于吸气时压力损失的存在，制冷剂的吸入量要小于理想状态的吸入量，所以指示效率的基准将超过1.0。

同时转速越高，作用在滑片上的惯性力就越大，它会增加滑片顶端的摩擦力，致使机械效率随转速的升高而缓慢降低。

由于C O2压力高，所以泄漏相对较大，容积效率相对较低，与R134a滑片式压缩机相比，必须将其总余隙减至R134a的2／3，才能达到与之相同的容积效率。

有效的密封，即减少周边余隙及旋转面余隙，也即减小定子宽度和增加滑片厚度可以提高容积效率。

但滑片厚度增加，也将导致机械效率降低。

另一方面，C O2压缩机中吸排气的流速小，流动阻力小，使得C O2滑片式压缩机的指示效率高，且几乎不随余隙的变化而变化。

周边密封长度是衡量压缩机效率的一个相当重要的参数。

研究表明，增加周边密封长度是减小泄漏的有效手段，容积效率会随周边密封长度的上升而显著提高。

滑片式压缩机也可设计成双级压缩，一、二级压缩间周边密封处的泄漏可以忽略，所以可提高压缩机效率。

而作用于滑片上的压差也较小，有利于提高阀强度的可靠性和压缩机的机械效率。

将滑片式压缩机的第二个流动通道作膨胀机，就变成了膨胀压缩机。

表9为日本S h i z u o k a大学开发的单级滑片式、双级滑片式及滑片式膨胀压缩机的结构参数，表10为其性能的比较［22］。

3 试验参数确定3.1 试验标准规定ASME PTC10—1997《压缩机和排气机试验规程》标准规定有两种试验型式，Ⅰ型试验是用设计状态的气体所做的性能试验，并且性能试验参数(如转速、进口压力、进口温度等)与压缩机的设计参数差别极小。

借此用于考核压缩机流量、功率、出口压力等。

在不能满足第Ⅰ类试验的条件下ASME PTC10—1997《压缩机和排气机试验规程》标准规定了Ⅱ类型试验，Ⅱ型试验采用相当于一个用不同测试气体(二氧化碳、氮气、R134a 、空气等)或不同于设计运转条件的试验。

即试验气体或运转条件与设计不同的试验，但是必须满足试验条件与设计运转条件之间允许的偏差范围。

ASME PTC10—1997标准规定Ⅱ类型试验，试验运转条件与设计运转条件之间参数允许偏差值如表2所示。

3.2 试验参数本装置二氧化碳压缩机采用第Ⅱ类型试验。

具体试验参数见表3。

0 引言尿素合成的原料是氨和二氧化碳，主要分为两步进行：①氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵)；②甲铵脱水生成尿素，其反应式为：① 2NH 3+CO 2→NH 2COONH 4+159.47kJ ② NH 2COONH 4→CO(NH 2)2+H 2O-28.49kJ 。

其中CO 2通过分离器后进入二氧化碳压缩机入口，经过压缩机的加压和分离罐的脱硫脱氢，将CO 2增压至140MPa(A)以上，送到尿素合成塔，尿素装置中二氧化碳压缩机组入口压力大约在0.13MPa(A)左右，出口压力大约为15MPa(A)左右，机组本身具有压比高、压差大、温度高、转速高等特点，该类压缩机多使用为多缸、多段、多级的形式进行设计，为了保证压缩机组可以在用户现场长期稳定运行，在压缩机制造厂进行气动性能试验有很大的意义。

1 气动性能试验的意义压缩机气动性能试验是压缩机厂检验自身压缩机组生产制造工艺是否满足用户气动性能要求所进行的模拟试验，也是用户对压缩机组在投产前进行的考核，通过对压缩机组的流量、压力、温度、转速等参数的测量与计算，检测压缩机的(流量、能量头、功率、效率)等热力学性能指标，目的是考核压缩机是否满足API617—2014《石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机》标准要求，证明压缩机设计和制造水平的可靠性，为用户提供可靠的压缩机组。

基金项目:上海市科委科技创新行动计划(编号:１９D Z １２０７５０３);上海市科委公共服务平台建设项目(编号:２０D Z ２２９２２００)作者简介:徐好,女,上海海洋大学在读硕士研究生.通信作者:谢晶(１９６８ ),女,上海海洋大学教授,博士.E Ｇm a i l :jx i e ＠s h o u ．e d u ．c n 收稿日期:２０２２Ｇ０８Ｇ２９㊀㊀改回日期:２０２３Ｇ０５Ｇ２６D O I :１０．１３６５２/j ．s p jx ．１００３．５７８８．２０２２．８０７３８[文章编号]１００３Ｇ５７８８(２０２３)０７Ｇ００７７Ｇ０８C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析E x e r g y a n a l y s i s o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O ２r e f r i g e r a t i o n s ys t e m 徐㊀好１,２X U H a o１,２㊀高建业１,２G A OJ i a n Ｇy e １,２㊀王金锋１,２,３WA N GJ i n Ｇf e n g １,２,３㊀谢㊀晶１,２,３,４X I EJ i n g１,２,３,４(１．上海海洋大学食品学院,上海㊀２０１３０６;２．上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台,上海㊀２０１３０６;３．上海水产品加工及贮藏工程技术中心,上海㊀２０１３０６;４．食品科学与工程国家级实验教学示范中心,上海㊀２０１３０６)(１．C o l l e g e o f F o o dS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,S h a n g h a iO c e a nU n i v e r s i t y ,S h a n gh a i ２０１３０６,C h i n a ;２．S h a n g h a iP r o f e s s i o n a lT e c h n o l o g y S e r v i c eP l a t f o r mo nC o l dC h a i nE q u i p m e n tP e r fo r m a n c e a n d E n e r g y S a v i n g E v a l u a t i o n ,S h a n g h a i ２０１３０６,C h i n a ;３．S h a n g h a iE n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r o fA q u a t i cP r o d u c tP r o c e s s i n g a n dP r e s e r v a t i o n ,S h a n g h a i ２０１３０６,C h i n a ;４．N a t i o n a lE x p e r i m e n t a l T e a c h i n g D e m o n s t r a t i o nC e n t e r f o rF o o dS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,S h a n gh a i ２０１３０６,C h i n a )摘要:目的:提升C O ２跨临界双级压缩制冷系统性能.方法:对该系统进行了常规火用分析与高级火用分析,围绕内源可避免火用损失㊁内源不可避免火用损失㊁外源可避免火用损和外源不可避免火用损失这４个方面进行各部件火用损失计算.结果:C O ２跨临界双级压缩制冷系统有很大提升效率的潜力.常规火用分析与高级火用分析所得优化部件的优先级不同.高㊁低压级压缩机和蒸发器的性能优化是提高系统能效的重点.结论:高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失分别占系统总内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,且通过改进高㊁低压级压缩机和蒸发器可分别减少其５８．８％,４９．３％,９０．２％的火用损失,常规火用分析无法提供此类建议.关键词:二氧化碳;高级火用分析;压缩机;热力学;火用损失A b s t r a c t :O b je c t i v e :I no r d e r t o i m p r o v e t h e e n e r g y ef f i c i e n c y o f t h e t r a n s c r i t i c a l t w o s t ag e C O ２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m ,th e c o n v e n ti o n a l e x e r g y a n a l y s i s a n da d v a n c e de x e r g y a n a l y s i so f t h e s y s t e m w e r e c o n d u c t e d ．M e t h o d s :A d v a n c e d e x e r g y a n a l y s i s pr o v i d e sm o r ev a l u a b l ei n f o r m a t i o no nt h ei n t e r a c t i o n b e t w e e n s y s t e mc o m p o n e n t s a n d t h e p o t e n t i a l f o r c o m p o n e n t i m p r o v e m e n t b y s p l i t t i n g t h ee x e r g y d e s t r u c t i o ni n t oe n d o g e n o u s /e x o ge n o u s a n du n a v o i d a b l e /a v o i d a b l e p a r t s ．R e s u l t s :T h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h et r a n s c r i t i c a lt w os t a g e C O ２r ef r ig e r a t i o n s y s t e mh a d si g n i f i c a n t p o t e n t i a l f o re f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t ．T h e p r i o r i t y o f t h e o p t i m i z e d c o m p o n e n t s f r o mc o n v e n t i o n a l a n d a d v a n c e d e x e r g ya n a l y s i sw a s d i f f e r e n t ．T h e a d v a n c e d e x e r g y a n a l ys i s s h o w e d t h a t p e r f o r m a n c e o p t i m i z a t i o no f t h eh i g h Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m pr e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n de v a po r a t o rw e r e t h e f o c u so f i m p r o v i n g s y s t e me n e r g y e f f i c i e n c y ．C o n c l u s i o n :T h e e n d o g e n o u s a v o i d a b l e e x e r g y d e s t r u c t i o n o f t h e h i g h Ｇp r e s s u r e s t a ge c o m p r e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n d e v a p o r a t o r a c c o u n t e df o r２０．９％,１５．２％a n d３６．５％o ft h ee n d og e n o u s a v o i d a b l ee x e r g y d e s t r u c t i o n o fth es y s t e m ,r e s p e c ti v e l y．T h e i m p r o v e m e n t o f t h e h i g h Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n d e v a po r a t o r a r e a b l e t o r e d u c e t h e i r e x e r g y d e s t r u c t i o nb y ５８．８％,４９．３％a n d９０．２％,r e s p e c t i v e l y ．T h e c o n v e n t i o n a l e x e r g y a n a l y s i s c a n n o t p r o v i d e s u c h r e c o mm e n d a t i o n s ．K e yw o r d s :c a r b o n d i o x i d e ;a d v a n c e d e x e r g y a n a l y s i s ;c o m p r e s s o r ;t h e r m o d y n a m i c s ;e x e r g y de s t r u c t i o n 随着«‹蒙特利尔议定书›基加利修正案»的落实,制冷剂的替代成为了目前要解决的首要问题[１－２].C O ２作为自然界中广泛存在的物质,以其良好的热物性㊁高密度㊁低黏度㊁臭氧消耗潜能值(O D P )为０与全球变暖潜能值(GW P )为１等优点而被广泛关注,成为最有希望的制冷剂替代工质[３].C O ２跨临界制冷循环方式则因其低环境温度适应性㊁全工况范围高效性等优势成为制冷领域的热门研究课题之一[４].作为优化系统效率评估系统性能的工具,常规火用分７７F O O D &MA C H I N E R Y 第３９卷第７期总第２６１期|２０２３年７月|Copyright ©博看网. All Rights Reserved.析既考虑了能量的数量也考虑了能量的质量,赖艳华等[５]对R４０４A/C O２复叠式制冷系统进行了常规火用分析,得到高温级膨胀阀㊁压缩机㊁冷凝蒸发器和低温级压缩机的火用损约占总火用损的８０％,应尽量减小以上４个过程的能耗.S u n等[６]对C O２两级压缩制冷系统进行了常规火用分析,研究了不同工况下系统火用效率的变化情况.常规火用分析可以确定系统中火用损失最高的部件[７－９],但并未揭示系统部件间的热力学相互作用[１０].高级火用分析的概念最初由T s a t s a r o n i s提出.区别于常规火用分析,高级火用分析进一步评估火用损失的来源,将系统内的火用损失分为可避免/不可避免和内源/外源部分,揭示了系统部件间的相互关系和系统的改进潜力.运用高级火用分析能够得出较常规火用分析更为准确的结论[１１－１３].目前有多位学者利用高级火用分析方法进行了各种研究,如S a r k a r等[１４]对采用不同制冷剂的制冷系统进行高级火用分析,表明对于以C O２和R４０４a为制冷剂的制冷系统,压缩机是需改进的首选部件,而以N H３为制冷剂的制冷系统,蒸发器是需要改进的首选部件;M o h a mm a d i等[１５]对再压缩超临界C O２循环进行高级火用分析,表明系统可通过改进部件从而使总火用损失减少４９．５８％.目前尚未有将常规火用分析和高级火用分析同时应用到C O２跨临界双级压缩制冷系统的研究报告.研究拟建立C O２跨临界双级压缩制冷系统热力模型,并进行验证.针对C O２跨临界双级压缩制冷系统进行常规火用分析和高级火用分析,确定系统部件不可逆性的主要来源.以期为提高系统的运行效率和性能改进提供依据.１㊀C O２跨临界双级压缩制冷系统由于C O２跨临界系统在运行时高低压差较大且一般大于６M P a,故为防止压缩机实际压缩过程太过偏离等熵过程以及过高的排气温度,一般采用双级压缩机来提高压缩机的工作效率[１６].且与C O２单级压缩制冷循环相比,C O２双级压缩制冷循环可以降低排气温度㊁提高容积效率并避免制冷剂泄漏[１７],因此采用C O２跨临界双级压缩制冷系统进行研究.该C O２跨临界双级压缩制冷系统用于－１８ħ冻藏食品的储存.设计工况如表１所示,循环流程及设备组成如图１所示.㊀㊀制冷系统主要部件由低压级压缩机㊁高压级压缩机㊁电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁蒸发器㊁中间冷却器组成,系统制冷循环在压焓图上的表示见图２.表１㊀系统运行的设计工况T a b l e１㊀D e s i g n c o n d i t i o nv a l u e s f o r s y s t e mo p e r a t i o n系统制冷量/k W 气体冷却器出口温度/ħ蒸发温度/ħ环境温度/ħ气体冷却器压力/k P a０．５７３７－２３３２９０００图１㊀C O２跨临界双级制冷循环流程示意图F i g u r e１㊀D i a g r a mo f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t em１－２－３－４－５－６－７－１为完整的C O２制冷循环,其中５－８－９－３为制冷剂流经中间冷却器辅路的过程图２㊀C O２跨临界双级制冷循环pＧh示意图F i g u r e２㊀T h e pＧh d i a g r a mo f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m２㊀热力学分析基于热力学第一定律和第二定律对系统进行热力学建模,在表１所示系统运行设计工况下进行火用分析.为了简化系统的热力学模型,作出以下假设:(１)系统各部件在稳定状态下运行,制冷剂为稳定流动状态.(２)部件进出口的动能和势能变化忽略不计.(３)连接各部件间的管内压降和热损失忽略不计,中间冷却器无热损失.(４)蒸发器出口为饱和状态,无过热现象.(５)压缩机压缩过程不可逆,考虑压缩机等熵效率.(６)制冷剂的参考状态条件为T０＝２９８K㊁P０＝１０１３２５P a.２．１㊀热力学模型对系统和各部件应用质量守恒和能量守恒原理及火用平衡方程来计算火用分析所需的热力学数据,具体的计算公式:８７食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G总第２６１期|２０２３年７月|Copyright©博看网. All Rights Reserved.q ＝h １－h ７,(１)m l ＝Q０q.(２)m h 可由中间换热器的能量守恒公式[式(３)]获得:m l (h ５－h ６)＝(m h －m l )(h ９－h ８),(３)Q c ＝m h (h ４－h ５).(４)状态点３的制冷剂由状态点９与状态点２的制冷剂混合得到,状态点３的焓值通过式(５)求得:(m h －m l )h ９＋m l h ２＝m h h ３.(５)压缩机的等熵效率和功耗表示为[１８－１９]:ηs ,l ＝１－０．０４ˑp ２p １(),(６)W c o m p,l ＝m l (h ２s －h １)ηs ,l ＝m l (h ２－h １),(７)ηs ,h ＝１－０．０４ˑp ４p ３(),(８)W c o m p,h ＝m h (h ４s －h ３)ηs ,h ＝m h (h ４－h ３).(９)电子膨胀阀的能量平衡方程为:h i n ＝h o u t .(１０)制冷系统性能系数(C O P )的方程为:C O P ＝Q ０W c o m p ,l ＋W c o m p ,h ,(１１)式中:C O P制冷系统性能系数;q蒸发器单位制冷量,k J /k g ;Q ０ 系统制冷量,k W ;h １㊁h ２㊁h ３㊁h ４㊁h ５㊁h ６㊁h ７㊁h ８㊁h ９ 制冷剂在状态点１㊁２㊁３㊁４㊁５㊁６㊁７㊁８和９的比焓,k J /k g;m l 流经蒸发器制冷剂的质量流量,k g/s ;m h 流经气体冷却器制冷剂的质量流量,k g/s ;Q c 气体冷却器中制冷剂的传热量,k W ;p １㊁p ２㊁p ３㊁p ４制冷剂在状态点１㊁２㊁３和４的压力,k P a ;h ２s ㊁h ４s低压级压缩机㊁高压级压缩机理论出口比焓,k J /k g;ηs ,l ,ηs ,h 低压级压缩机㊁高压级压缩机等熵效率;W c o m p ,l ㊁W c o m p,h 低压级压缩机㊁高压级压缩机功耗,k W ;h i n ㊁h o u t电子膨胀阀入口㊁出口比焓,k J /k g .火用可分为两个组成部分:物理火用和化学火用[２０],物理火用可由式(１２)获得,系统在运行过程中并无化学变化,只考虑物理火用部分:e ＝e ph ＋e c h ,(１２)e p h ＝(h －T ０S )－(h ０－T ０S ０),(１３)即e ＝(h －T ０S )－(h ０－T ０S ０),(１４)式中:e p h ㊁e c h 制冷剂单位物理火用㊁单位化学火用,k J /k g ;h ０ 制冷剂参考点的比焓,k J /k g ;T ０ 制冷剂参考点的温度,K ;S ０ 制冷剂参考点的比熵,k J /(k gK ).火用平衡的表达式为:E D ＝ðEi n－ðE o u t ,(１５)式中:E i n ㊁E o u t 系统入口和出口处的火用,k W ;E D 系统的总火用损失,k W .式(１５)在稳态过程中的火用平衡可写为:E D ＝ði n m e －ðo u tm e ＋ðQ １－T ０T b()[]i n－ðQ １－T ０T b()[]o u t＋ðW i n －ðW o u t ,(１６)式中:e 制冷剂单位火用值,k J /k g ;Q 换热量,k W ;T b 热量通过的边界温度,K ;W 系统的功率,k W .２．２㊀火用分析根据火用平衡方程可得系统每个部件的火用损失表达式如下:低压级压缩机:E c o m p,l ＝m l T ０(S ２－S １),(１７)高压级压缩机:E c o m p,h ＝m h T ０(S ４－S ３),(１８)气体冷却器:E g c ＝m hT ０(S ５－S ４)＋T ０Q CT b ．g c ,(１９)蒸发器:E e v a p ＝ml T ０(S １－S ７)－T ０Q ０T b ．e v a p ,(２０)辅路电子膨胀阀:E T X V １＝(m h －m l )(e ５－e ８),(２１)主路电子膨胀阀:E T X V ２＝m l (e ６－e ７),(２２)中间冷却器:E I C ＝(m h －m l ) (e ８－e ９)＋m l (e ５－e ６),(２３)系统的火用效率表达式为:ηe ＝E o u tE i n＝１－E DW c o m p ,l ＋W c o m p,h ,(２４)式中:e ５㊁e ６㊁e ７㊁e ８㊁e ９ 制冷剂对应状态点的单位火用值,k J /k g;S １㊁S ２㊁S ３㊁S ４㊁S ５㊁S ７ 制冷剂对应状态点的比熵,k J /(k gK );T b ．e v a p蒸发器传热边界温度,K ;T b ．gc 气体冷却器传热边界温度,K ;ηe 火用效率.将每个部件的火用损失分为内源火用损失和外源火用损失[１０]:E D ,k ＝E E N D ,k ＋E E X D ,k ,(２５)式中:９７|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.E D ,k部件k 的火用损失,k W .内源火用损失E E ND ,k 是指由部件本身的不可逆性而产生的火用损失,其只与部件本身有关,通过使所研究部件为真实情况运行,系统其余部件为理想情况运行计算得到该部件的内源火用损失,外源火用损失E E XD ,k 则是指由系统其他部件的不可逆性而导致该部件的火用损失,通过这种划分方法能够更加清晰地确定造成火用损失的原因[１３].将每个部件的火用损失分为可避免火用损失和不可避免火用损失[７]:E D ,k ＝E U N D ,k ＋E A VD ,k .(２６)不可避免火用损失E U ND ,k 指由于材料或制作工艺等技术限制而在近期不能通过技术手段消除的部分,通过使系统部件在不可避免损失情况下运行计算获得,可避免火用损失E A VD ,k 则指可以减少的火用损失.将内源火用损失与外源火用损失分为可避免火用损失和不可避免火用损失可得到[２１]:E D ,k ＝E E N ,A V D ,k ＋E E N ,U N D ,k ＋E E X ,A V D ,k ＋E E X ,U ND ,k,(２７)式中:E E N ,A VD ,k 部件k 的内源可避免火用损失,k W ;E E N ,U N D ,k 部件k 的内源不可避免火用损失,k W ;E E X ,A V D ,k部件k 的外源可避免火用损失,k W ;EE X ,U N D ,k部件k 的外源不可避免火用损失,k W .内源不可避免火用损失E E N ,U N D ,k可通过使所研究部件为不可避免条件下运行,系统其余部件为理想情况下运行计算获得,式(２５)~式(２７)的未知部分结合式(２８)~式(３１)求出.E E X D ,k＝E D ,k －E E ND ,k,(２８)EE N ,A VD ,k＝EE ND ,k－EE N ,U ND ,k,(２９)E E X ,U N D ,k ＝E U N D ,k －E E N ,U ND ,k,(３０)E E X ,A V D ,k ＝E E X D ,k －E E X ,U N D ,k.(３１)高级火用分析将火用损失分为内源可避免部分㊁内源不可避免部分㊁外源可避免部分㊁外源不可避免部分,通过这种区分方式可以确定系统每个部件的各类火用损失占比从而获得部件改进潜力和改进部件的优先级,这是常规火用分析不能得到的.为了更加清晰地阐明高级火用分析方法,引入真实循环:指系统所有部件均处于实际运行状态下工作;不可避免状态循环:指系统所有部件均处于不可避免状态下工作.表２为高级火用分析所做假设,区分部件以真实情况㊁理想情况㊁不可避免情况运行.２．３㊀模型验证在E E S 软件中建立火用分析仿真模型[１９,２３].为了验证文中热力学模型的可靠性,使用该仿真模型进行C O P 与总火用损失计算,并与文献[６]中的数值结果进行比较.如图３所示,当气体冷却器排气压力分别在７７００,７９００,８０００,８１００,８３００,８６００k P a 时,系统C O P 与总火用损失的相对误差均小于７％,表明数据的一致性较好,模型的可靠性得到了验证.３㊀结果与分析３．１㊀系统常规火用分析基于热力学第二定律提出火用的概念,能量在进行转化过程中,可有限转换的部分即称为火用.火用能够从能量 质 的角度对制冷系统进行性能评估.如图４所示,气体冷却器的火用损失占比最高,为３１．３％,具有较大的优化潜力.而低压级压缩机的火用损失占比最小,仅为５．１％.在C O ２跨临界制冷系统中,制冷剂在气体冷却器中处于超临界区,有较大的温度滑移,因此有较高的不可逆损失.其次火用损失最高的为主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀,分别占比２１．５％,１５．４％.主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀入口处均为超临界流体,其有较强的流动性且对温度变化更为敏感,故节流过程不可逆损失很大.主路电子膨胀阀的制冷剂流量较辅路电子膨胀阀制冷剂的更多,且主路电子膨胀阀的压降更大,不可逆损失也相应增加.剩余系统部件的火用损失占比分别为中间冷却器(占比１０．４％)㊁高压级压缩机(占比８．４％)和蒸发器(占比８％).表２㊀真实㊁理想㊁不可避免情况所做假设T a b l e ２㊀M a i nd a t a n e e d e d t o s o l v e t h e r e a l ,i d e a l a n du n a v o i d a b l e c o n d i t i o n s部件真实情况理想情况不可避免情况低压级压缩机ηs ,l ＝１－０．０４ˑp ２p １()ηs ,l ＝１ηs ,l ＝１－０．０１ˑp ２p １()[１８]高压级压缩机ηs ,h ＝１－０．０４ˑp ４p ３()ηs ,h ＝１ηs ,h ＝１－０．０１ˑp ４p ３()[１８]气体冷却器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]辅路电子膨胀阀－ηs ,１＝１ηs ,１＝０．９６[１８]主路电子膨胀阀－ηs ,２＝１ηs ,２＝０．９６[１８]蒸发器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]中间冷却器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]０８食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T &I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G 总第２６１期|２０２３年７月|Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图３㊀与文献[６C O P 和总火用损失的比较F i g u r e ３㊀C o m p a r i s o no f p r e s e n t s t u d y a n dS u n s t u d yf o r t h eC O Pa n d t o t a l e x e rg y de s t r u c t i o n ㊀㊀根据各部件火用损失的占比,排名由高到低为:气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器㊁高压级压缩机㊁蒸发器㊁低压级压缩机.由火用效率的表达式(２４)可知,减小系统部件火用损失可提高火用效率,火用损失占比越高则说明该部件的改进潜力越大.综上所述,根据常规火用分析,为了减少部件火用损失㊁提高系统火用效率,改进部件的优先级应为气体冷却器㊁主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀.３．２㊀系统高级火用分析系统在表１设计工况下运行,进行高级火用分析,得到系统部件的各类火用损失,具体结果见表３~表５.３．３㊀系统各部件内源火用损失与外源火用损失由表５可知,系统中气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁蒸发器㊁辅路电子膨胀阀㊁高压级压缩机㊁中间冷却器和低压级压缩机的内源火用损失逐次减少.内源火用损失只与部件本身有关,而部件的外源火用损失则是由系统其余部件的不可逆过程导致该部件的火用损失,表明在改进部件图４㊀系统部件火用损失的相对比重F i g u r e ４㊀T h e r e l a t i v e e x e r g y d e s t r u c t i o no f s ys t e m c o m po n e n t s 时应该将更多注意力放在内源火用损失较多的部件上,而其他部件的外源火用损失也会由于该部件的改进而得到减少[１８].㊀㊀系统各部件外源火用损失由大到小的排列顺序为:辅路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁中间冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁高压级压缩机和低压级压缩机,在减少上述部件火用损失时不能只关注其本身性能的提升,也要关注部件与部件之间的影响,以减少该部件的外源火用损失.由表５可知,系统中的气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机和蒸发器,其内源火用损失均大于其外源火用损失,表明上述部件由其自身的不可逆性导致的火用损失占其总火用损失的大部分.而辅路电子膨胀阀和中间冷却器因其外源火用损失占比较大,分别为５９．８％,５５．２％,表明上述两部件除改进自身性能减少内源火用损失外,还可通过改进除本身外部件的性能以减少自身占比较大的外源火用损失从而使系统获得更大的性能提升.值得注意的是蒸发器所有的火用损失都为内源火用损失,全部由自身不可逆性产生,且蒸发器的性能影响着其余部件的外源可避免火用损失,说明改进蒸发器对于优化系统来说是极其必要的.表３㊀实际状态下C O ２跨临界双级制冷循环中不同状态点的热力学性质和质量流量T a b l e ３㊀T h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s a n dm a s s f l o wr a t e o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O ２re f r i g e r a t i o n c y c l e a t d i f f e r e n t s t a t e p o i n t su n d e r r e a l c o n d i t i o n s状态点T /K P /k P ah /(k J k g －１)s /(k J k g －１ K －１)m /(k g s －１)e /(k J k g－１)E /k W１２５０．０１７８５－６９．７４－０．７７４９０．００２６２４１６１．５０．４２３７７２３０８．６４００８－３２．６０－０．７６４１０．００２６２４１９５．４０．５１２７３３２９３．６４００８－５３．１９－０．８３２５０．００４６６９１９５．２０．９１１３９４３６０．７９０００－１３．１０－０．８２２５０．００４６６９２３２．３１．０８４６１５３１０．０９０００－１９６．１０－１．３８５００．００４６６９２１７．０１．０１３１７６２８３．５９０００－２８７．００－１．６８９００．００２６２４２１６．７０．５６８６２７２５０．０１７８５－２８７．００－１．６４４００．００２６２４２０３．２０．５３３２０８２７８．５４００８－１９６．１０－１．３４３００．００２０４５２０４．５０．４１８２０９２７８．５４００８－７９．６０－０．９２５００．００２０４５１９６．３０．４０１４３０２９８．０１０１．３－１．０６７－０．００２６－－－１８|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表４㊀不可避免状态下C O２跨临界双级制冷循环中不同状态点的热力学性质和质量流量T a b l e４㊀T h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s a n dm a s s f l o wr a t e o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n c y c l ea t d i f f e r e n t s t a t e p o i n t su n d e r u n a v o i d ab l ec o nd i t i o n s状态点T/K P/k P a h/(k J k g－１)s/(k J k g－１ K－１)m/(k g s－１)e/(k J k g－１)E/k W１２５４．５２０５３－７０．０１－０．７９７０．００２４７５１６７．８０．４１５３１２３０６．７４２９８－３８．９４－０．７９５０．００２４７５１９８．２０．４９０５５３２９７．２４２９８－５２．８３－０．８４１０．００３６５１１９８．１０．７２３２６４３５６．９９０００－１９．０４－０．８３９０．００３６５１２３１．３０．８４４４８５３０５．５９０００－２２１．１０－１．４６６０．００３６５１２１６．２０．７８９３５６２８１．８９０００－２９１．００－１．７０４０．００２４７５２１７．００．５３７０８７２５４．５２０５３－３００．３０－１．７０２０．００２４７５２０７．２０．５１２８２８２８１．３４２９８－２２９．１０－１．４６５０．００１１７６２０７．８０．２４４３７９２８１．３４２９８－８２．０２－０．９４２０．００１１７６１９９．００．２３４０２０２９８．０１０１－１．０７－０．００３－－－表５㊀C O２跨临界双级压缩制冷系统高级火用分析结果T a b l e５㊀R e s u l t s o f a d v a n c e de x e r g y a n a l y s i s f o r t h e t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m㊀W 部件E D,k E E N D,k E E X D,k E A V D,k E U N D,k E E N,A VD,k E E N,U ND,k E E X,A VD,k E E X,U ND,k 低压级压缩机８．４９６．５２１．９７６．９２１．５７４．９９１．５３１．９３０．０４高压级压缩机１３．９３８．９５４．９８１１．７７２．１６６．８６２．０９４．９１０．０７气体冷却器５１．８９４０．０７１１．８２１３．６０３８．２３２．９５３７．１２１０．７１１．１１辅路电子膨胀阀２５．５５１０．２７１５．２８１５．６７９．８２１．０５９．２２１４．６２０．６６主路电子膨胀阀３５．６１２８．７０６．９１１１．４１２４．２０４．９６２３．７４６．４５０．４６蒸发器１３．３２１３．３２０．００１２．０１１．３１１２．０１１．３１０．０００．００中间冷却器１７．２２７．７１９．５１８．９４８．２８０．０５７．６６８．８９０．６２合计１６６．０１１１５．５４５０．４７８０．３２８５．５７３２．８７８２．６７４７．５１２．９６３．４㊀系统各部件可避免火用损失系统总部件可避免火用损失为０．０８０３８３k W,这意味着系统有很大改进潜力,可通过改进系统部件减少系统总火用损失４８．４％.由表５可以看出:辅路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁蒸发器㊁高压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁中间冷却器和低压级压缩机,上述部件可避免火用损失依次减少,值得注意的是其中低压级压缩机和高压级压缩机可通过改进自身和其余部件分别减少其８１．５％,８４．５％的火用损失,蒸发器可通过改进自身减少其９０．２％的火用损失.３．５㊀系统各部件内源可避免火用损失由表５可知,低压级压缩机㊁高压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失大于其外源可避免火用损失,而系统其他部件的内源可避免火用损失均小于其外源可避免火用损失,表明优化高㊁低压级压缩机和蒸发器是减少其火用损失的主要方式,且由于气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁主路电子膨胀阀和中间冷却器的外源可避免火用损失均高于其内源可避免火用损失,故在改进高㊁低压级压缩机和蒸发器减少其内源火用损失的同时上述部件的外源火用损失也随之减少[１２],系统效率得到提升.由图５可知,内源可避免火用损失由大到小排列为:蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.观察表５可知,通过改进低压级压缩机和高压级压缩机可分别减少５８．８％,４９．３％的内源可避免火用损失,而气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁主路电子膨胀阀㊁中间冷却器则可通过改进其自身性能而分别减少其５．７％,４．１％,１３．９％,０．３％的内源可避免火用损失.高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失大于其内源不可避免火用损失,且高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失的数值相对其他部件较高,分别占系统内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,表明改进该部件不仅能使自身火用损失减少㊁效率提高,也能对系统总火用损失的减少起到较大作用.对于外源可避免火用损失而言可通过改进除该部件外的部件来减少这部分火用损失,值得注意的是辅路电子膨胀阀和中间冷却器其外源可避免火用损失较其他部件的外源可避免火用损失占比更大,分别占其总火用损失的５７．２％,５１．６％,说２８食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G总第２６１期|２０２３年７月|Copyright©博看网. All Rights Reserved.图５㊀系统部件内源可避免火用损失的相对比重F i g u r e ５㊀T h e p e r c e n t a g e o f e n d o g e n o u s a v o i d a b l e e x e r g yd e s t r u c t i o no f s y s t e mc o m po n e n t s 明对辅路电子膨胀阀和中间冷却器而言减少除本身之外部件的不可逆损失是减少这两个部件火用损失的重要措施,而不是一味改进自身来减少其火用损失.另外值得注意的是主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀的火用损失分布并不相同,这可能是制冷剂状态与膨胀阀压降不同所导致,应对主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀采取不同的改进措施,如分别采用喷射器㊁膨胀机或涡流管等装置代替膨胀阀从而减少节流损失.㊀㊀综上所述,常规火用分析的优化顺序:气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器㊁高压级压缩机㊁蒸发器㊁低压级压缩机.高级火用分析在常规火用分析基础上进行划分,对火用损失的产生原因进行定位,提高了火用分析的准确性.区别于常规火用分析,应用高级火用分析得出了部件优化的优先级为蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.４㊀结论(１)常规火用分析可以确定系统部件火用损失的相对比重:气体冷却器的火用损失占比最高,为３１．３％,低压级压缩机的火用损失占比最小,为５．１％.根据常规火用分析,为了减少部件火用损失㊁提高系统火用效率,改进部件的优先级应为气体冷却器㊁主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀.(２)高级火用分析将系统内的火用损失分为可避免/不可避免和内源/外源部分,得出的部件优化的优先级为蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.(３)蒸发器所有的火用损失都为内源火用损失,全部由本身不可逆性所产生,且蒸发器的性能影响着其余部件的外源可避免火用损失,改进蒸发器对于优化系统来说是极其必要的.(４)主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀的火用损失分布并不相同,应对主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀采取不同的改进措施,如分别采用喷射器㊁膨胀机或涡流管等装置代替膨胀阀从而减少节流损失,降低火用损失.(５)常规火用分析无法揭示系统部件间的热力学相互作用,而高级火用分析进一步评估火用损失的来源,揭示了系统部件间的相互关系,可以确定系统每个部件的各类火用损失占比从而获得部件改进潜力和改进部件的优先级,这是常规火用分析不能得到的.高级火用分析在常规火用分析基础上进行划分,对火用损失的产生原因进行定位,提高了火用分析的准确性.(６)C O ２跨临界双级压缩制冷系统有很大提升效率的潜力,高㊁低压级压缩机和蒸发器的性能优化是提高系统能效的重点.高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失分别占系统总内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,且通过改进高㊁低压级压缩机和蒸发器可分别减少其５８．８％,４９．３％,９０．２％的火用损失,常规火用分析无法提供此类建议.参考文献[1]SONG X,LU D X,LEI Q,et al.Energy and exergy analyses of a transcritical CO 2air conditioning system for an electric bus [J ].Applied Thermal Engineering,2021,190:116819.[2]轩福臣,谢晶.跨临界CO 2制冷循环系统与应用研究进展[J].食品与机械,2019,35(8):226Ｇ231.XUAN F C,XIE J.Research progress of trans Ｇcritical CO 2refrigeration cycle system and application [J].Food &Machinery,2019,35(8):226Ｇ231.[3]GULLO P,ELMEGAARD B,CORTELLA G.Advanced exergy analysis of a R744booster refrigeration system with parallel compression[J].Energy,2016,107:562Ｇ571.[4]宋昱龙,王海丹,殷翔,等.跨临界CO 2蒸气压缩式制冷与热泵技术综述[J].制冷学报,2021,42(2):1Ｇ24.SONG Y L,WANG H D,YIN X,et al.Review of transcritical CO 2vapor compression technology in refrigeration and heat pump [J].Journal of Refrigeration,2021,42(2):1Ｇ24.[5]赖艳华,王庆为,吕明新,等.R404A/CO 2复叠式制冷系统的火用分析[J].山东大学学报(工学版),2011,41(6):115ＧI Y H,WANG Q W,LU M X,et al.Exergy analysis of the R404A /CO 2cascade refrigeration system[J].Journal of Shandong University (Engineering Science ),2011,41(6):115Ｇ121.[6]SUN Y Y ,WANG J F,XIE J.Performance optimizations of the transcritical CO 2two Ｇstage compression refrigeration system and influences of the auxiliary gas cooler [J].Energies,2021,14(17):5578.[7]KELLY S,TSATSARONIS G,MOROSUK T.Advanced exergeticanalysis:Approaches for splitting the exergy destruction into endogenous and exogenous parts[J].Energy,2008,34(3):384Ｇ391.３８|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. 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商用制冷应用的二氧化碳跨临界制冷系统开发摘要本文探讨了一种商用制冷应用的二氧化碳跨临界制冷系统的开发。

二氧化碳作为环境友好型的自然冷媒已经成功的应用于商用制冷领域,在多种复杂的场合发挥着重要的作用,其应用系统型式多样。

首先，本文对传统制冷系统的不足进行了简要介绍，并提出了采用二氧化碳跨临界制冷系统的优点。

随后，本文详细介绍了该系统的设计原理、工作流程和关键组成部分，包括压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀等。

然后，本文对该系统的性能和效果进行了分析和评估，实验结果表明该系统具有较高的制冷效率和环保性能。

最后，本文讨论了该系统的未来发展方向和展望，并总结出本文的研究结论。

通过本论文的研究，我们可以发现二氧化碳跨临界制冷系统是一种非常优秀的制冷系统，可以提高制冷效率和降低环境污染，具有广阔的应用前景和市场潜力。

本文介绍了CO2跨临界制冷循环系统研究发展过程,针对系统主要部件的研究及问题进行了分析,总结了CO2跨临界制冷循环系统在商用食品冷冻冷藏、汽车空调、热泵系统、人工冰场等领域应用研究现状,并且展望了CO2跨临界制冷循环系统的发展前景。

关键词：二氧化碳，跨临界制冷系统，商用制冷引言随着全球环境问题的日益严重和能源价格的不断攀升，制冷系统的节能和环保已经成为制冷技术发展的主要方向。

二氧化碳跨临界制冷系统是一种新型的高效、环保的制冷系统，其具有较高的热效率和较低的环境污染，已经成为了制冷技术领域的研究热点。

本文基于此，介绍了一种商用制冷应用的二氧化碳跨临界制冷系统，并对其进行了详细的设计、分析和实验研究。

一、基本原理二氧化碳跨临界制冷系统是一种基于二氧化碳的制冷技术，其原理基于二氧化碳在超临界状态下具有较高的压缩性、传热性和流动性能。

超临界状态是指当二氧化碳的压力和温度超过了其临界点（7.38 MPa和31.1℃）时，二氧化碳就处于超临界状态。

二氧化碳跨临界制冷系统的基本组成部分包括压缩机、换热器、膨胀阀和冷凝器等。

制冷压缩机性能测试试验台的设计和应用的开题报告一、选题背景和研究意义随着人们生活水平的不断提高和现代工业的不断发展，制冷技术得到了广泛应用。

制冷压缩机作为一种重要的冷却设备，其性能测试试验台及其设计与应用也越来越受到人们的关注。

在制冷压缩机的性能测试中，试验台是最核心的部分之一，通过测试台可以对制冷压缩机进行多种不同的测试，比如功率测试、效率测试等。

设计一套高质量的测试台不仅可以提高测试效率，降低测试成本，还可以提高产品的检测准确度和质量，为行业的发展做出积极贡献。

因此，本文旨在对制冷压缩机性能测试试验台的设计和应用进行研究，并提出一套较为完善和实用的试验台设计方案，为相关行业提供一些有益的参考和借鉴。

二、研究内容和方法本研究主要内容包括：1. 制冷压缩机性能测试的相关理论研究及其主要试验方法的概述，包括制冷压缩机的工作原理、性能指标、测试标准等。

2. 制冷压缩机性能测试试验台的设计，包括试验台的结构设计、传动系统设计、数据采集系统设计等。

3. 试验台的制作和试验验证，对设计出的试验台进行制作，并通过实验验证其性能是否符合要求。

本研究的研究方法主要包括文献调研、实验室实验和模拟计算分析等。

三、预期成果和创新点本研究的主要预期成果为：1. 提出一套较为完整和实用的制冷压缩机性能测试试验台设计方案。

2. 对试验台进行了制作和实验验证，并得出了一些有益的实验结果和结论。

3. 通过本研究，可以为相关行业提供一些有益的参考和借鉴，进一步推动相关行业的发展。

本研究的主要创新点为：1. 设计了一套可靠性较高且适用范围较广的制冷压缩机性能测试试验台。

2. 通过实验验证，得出了一些有益的结论和实验结果，具有一定的理论和实用价值。

四、研究进度和时间安排本研究计划的时间安排为十个月，具体的进度如下：第一至第二个月：了解制冷压缩机性能测试的理论基础和相关标准要求，查阅相关文献和资料。

第三至第五个月：进行试验台的设计和结构优化，确定传动系统和数据采集系统等。

专利名称：超临界二氧化碳压缩循环测试台专利类型：发明专利
发明人：杨建国,谢良涛,孙思聪
申请号：CN202011631755.3
申请日：20201231
公开号：CN112834699A
公开日：
20210525
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种超临界二氧化碳压缩循环测试台，超临界二氧化碳压缩循环试验台由磁悬浮电机模块、压气机模块、冷却模块、减压阀模块、传感器模块集成；通过超临界二氧化碳闭式循环测控台中的磁悬浮电机监控单元改变磁悬浮电机的转速和负荷，控制压气机不同程度的增压比；通过改变冷却器中循环水泵的开度大小，控制冷却器的换热效果；通过减压阀的使用，模拟布雷顿循环中涡轮机做功的等熵膨胀过程，减压阀可通过工控机进行控制，进而调节出口工质的状态。

本发明通过监测关键测点的温度和压力，以及管路中的超临界二氧化碳的质量流量，可对超临界二氧化碳布雷顿循环核心设备的关键性能进行测试，研究其对布雷顿热力循环的影响，监测其工作状态。

申请人：武汉理工大学
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超临界二氧化碳活塞压缩机设计与优化【摘要】本文围绕超临界二氧化碳活塞压缩机的设计与优化展开研究。

引言部分介绍了研究背景、研究目的和研究意义。

在首先阐述了超临界二氧化碳活塞压缩机设计原理，然后介绍了二氧化碳的特性及应用，接着解释了活塞压缩机的工作原理。

设计优化方法和性能参数优化方案也被详细探讨。

结论部分总结了设计与优化的重要性，展望了未来研究方向，并探讨了实践应用前景。

通过本文的研究，可以为超临界二氧化碳活塞压缩机的设计和优化提供理论支持和实践指导，推动这一领域的发展。

【关键词】超临界二氧化碳、活塞压缩机、设计、优化、特性、工作原理、性能参数、设计原理、应用、优化方法、研究背景、研究目的、研究意义、总结、展望、未来研究方向、实践应用、前景。

1. 引言1.1 研究背景超临界二氧化碳活塞压缩机是一种重要的能量转换设备，广泛应用于超临界流体工程、制冷、制冷等领域。

随着能源需求的不断增加和环境保护的日益重要，超临界二氧化碳活塞压缩机的设计与优化变得尤为重要。

目前对于超临界二氧化碳活塞压缩机设计与优化的研究仍然相对较少，尤其是在性能参数优化方案方面存在一定的空白。

本文旨在对超临界二氧化碳活塞压缩机的设计原理、特性及应用、工作原理以及设计优化方法进行深入研究和探讨，从而为该领域的研究和实践提供参考和借鉴。

通过对超临界二氧化碳活塞压缩机设计与优化的总结和分析，可以为今后的相关研究提供有益的指导，促进该领域的发展与进步。

1.2 研究目的超临界二氧化碳活塞压缩机是一种重要的能量转换设备，其设计与优化可大大提高能源利用效率和节能效果。

本论文旨在深入研究超临界二氧化碳活塞压缩机的设计原理及优化方法，探讨活塞压缩机在二氧化碳特性和应用领域的重要性，从而为该领域的科研与实践提供理论支持和技术指导。

具体目的包括：1. 深入理解超临界二氧化碳活塞压缩机的工作原理和设计原理，探索其内在机理和性能特点；2. 分析二氧化碳在工程应用中的特性和广泛用途，对活塞压缩机的性能优化方案进行研究和比较；3. 探讨活塞压缩机设计的优化方法，提出相应的设计方法和参数优化方案，为提高活塞压缩机的性能和效率提供指导和参考。