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1、第19卷第1期低温与特气Vol119,No112001年2月LowTemperatureandSpecialtyGasesFeb1,2001aCO2压缩机压缩过程的指示效率摘要:制冷剂压缩过程中,压缩机是对整个系统的效率与可靠性起主要影响的部件。由于二氧化碳的流体特性,与普通制冷工艺相比,以CO2作为工质的制冷工艺,其压比较低,而压差极高。从实验及理论的角度来看,在这些条件下,如果压缩机的设计恰当的话,是可以获得高的容积系数及能量效率的。本文讨论并计算了CO2压缩机指示压缩过程效率的影响因素,由此派生出了一种很有前景的设计概念,用于设计高效CO2压缩机。关键词:CO2;制冷系统;压缩过程。中图
2、分类号:TB652文献标识码:A文章编号:100727804(2001)01200132051CO2制冷剂2指示压缩过程国际条约规定工业化国家不得再把CFCs用作所设计的压缩机把压力为Pin、温度为Tin的气制冷剂,并且HCFCs作为替代方案在世界范围内体压至温度为Tout、排放压为Pout。在这一过程中压只能延续到2020年,某些国家停止使用的规定日期缩机所需的指示压缩功率为Pi。由于阀门和气室的甚至要更早。为了寻找最终的解决方案并且考虑到节流损失,泄漏和热传导的影响使得功率Pi超过等对温室气体的规定,GustavLorentzen支持采用对熵压缩功率Pt。指示压缩过程与理论压缩过程均示全球
3、变暖潜力(GWP)可忽略不计的物质,即天然于图2。流体用于制冷技术,这是一种有前途的替换方案。在这些制冷剂中有一些如烃和氨,它们的安全性能不能令人满意。从要求制冷剂无毒、不可燃的角度来看,Lorentzen注意到了CO2。他认为,如果能设计出一种有竞争性能量的工艺过程,CO2是一种较为理想的工质。在单级制冷技术领域中以CO2作为制冷剂主要应用于汽车空调及热泵。预计欧洲在未来几年内汽车空调的安装率约为50%,需生产400～500万套装置。CO2热泵可以代替水加热炉及旧式的中央供暖装置用于居民供暖系统。之所以能获高温是由于CO2热泵系统的工作过程是跨临界的,这意味着是在两相区和次临界压力下输入热量
4、,而热量输出图1CO2T2s图是在超临界压力下发生的。在这一应用中,超临界可以从图中计算出指示效率Gi=wtöwi,即通过热排除的结果是有利于产生大的温降。图1示出了等熵压缩所要求的理论功wt与实际压缩机所要求CO2T2s图的理论过程:等熵压缩(1→2),等压热的指示功wi的关系计算得出。指示效率受阀门耗损量输出(2→3),等焓节流(3→4)和等压热量输入的影响极大。由于使用CO2使得吸、排压差非常高,(4→1)。由于该过程的工作压力较高,所以对压缩这一压差对于克服压缩机内部流动阻力是必要的,机的配置有特殊要求,除此之外其它设备组件的设但如设计合理,压缩机内部的流动阻力可以忽略不计要求不太严格
5、。计。从而可以获得相对较小的压力损失,相应地可获得较高的指示效率。容积系数可用K=ViöVg·Gth计算得出,其中Via收稿日期:200021121014低温与特气第19卷为吸入端实际充满吸入气体的缸体容积,Vg为工作基础方程与程序结构解释如下。容积,Gth为测温系数。CO2压缩机的容积系数主要是从容积式压缩机汽缸的能量平衡,推导出在整根据小的压比获得的,而小的压比可以导致缸体间个曲柄角度范围内缸体内部气体温度梯度的方程。隙容积内的气体产生快速再膨胀,从而提早开启吸dQ5udVcy15udm2〔()T+p〕·+{v·〔()T+p〕+hv2h}·()v入阀。除了气体与缸体之间的热传导现象之外,还
6、dT=dU5vdU5vdUdU5u有阀门的渗气与泄漏均用Gth来表示。由于CO2的热m·()v5T力学特性,重新考虑过程中热传导损耗的影响是有(1)必要的。该方程注意到了气体与缸壁之间的热传递现象,气体的压缩与再膨胀是汽缸容积与通过汽缸阀门的质量流量的函数。通过阀门的质量流量是实际阀位置与几何结构,以及依赖于流体特性与压差的气体速率的函数。除了所提及的因素外,通过缸体缝隙的泄漏对于温度梯度也产生影响,也应加入到方程(1)中,计算方法如下。5udm{v·〔()T+p〕+hL2h}·()LdT5vdU()L=(2)dU5um·()v5T通过缸体缝隙泄漏的质量流量按如下方程计算。11+m22m322
7、dm20·U0·h($p)·(p12p2)22m0()L=m(3)dtW·G0·p1·v1·l利用这些方程,在给定的几何条件下任何容积式压缩机的压缩过程中气体的温度走势都可以用数值法求解。为了确定汽缸内气体的条件,单一状态流体的图2理论及实际指示压缩过程辅助参数是必需的。根据汽缸几何容积以及通过阀门的质量流量与泄漏的质量流量计算出的汽缸内部3研究用压缩机样机性能质量,可以了解整个过程中缸体内部气体
