毕业论文（设计）相变波转子自复叠制冷系统

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1、相变波转子自复叠制冷系统摘要传统的蒸汽圧缩制冷系统在以R718为制冷剂时，存在着圧缩机的大圧比和蒸汽过热问题，使得共成木较高。本文在提出了一种相变波转子自复叠制冷系统的基础上，利用NIST.REFPROP9.()比较该制冷系统在不同制冷剂条件下COP,并H将该制冷系统与双级蒸汽压缩制冷、喷射式蒸汽压缩制冷以R718制冷剂做比较。比较发现R718具有非常高的理论COP,且该制冷系统具有高COP,设备结构简单-易开发的特点。关键词R718；相变波转了；白复叠；COP0前言水(R718)作为一种天然制冷和载冷剂，具有高潜热、无毒、不燃不爆和环境友好特性(全球变暖指数GWP=0,消耗臭氧潜能值ODP

2、=0),R718的理论能效比(COP)高。随着蒙特利尔协议时间的推进，近年来以R718为制冷剂的技术引起世界广泛关注。根据Kilicarslan和Muller"1对R718与常规R134a、R22等在系统COP、运行成本、制冷量以及对环境的影响等方面的比较，在系统其他参数相同，冷凝温度20°C以上和蒸发温度为5°C吋，水作为制冷剂的压缩系统COP值最高。将R718用于蒸汽压缩制冷系统，另一优点是制冷剂、载冷剂和冷却水为同一物质，这样蒸发器和冷凝器可设计成直接接触式换热，换热效率高。但是，将R718制冷剂用于蒸汽压缩制冷系统，需要工作在真空状态(在蒸发温度为0°C时，蒸发压力0.61kPa；冷

3、凝温度为40°C时，冷凝压力为7.4kPa)。由于在真空状态下蒸汽流动雷诺数小(比R134a或R22小约300倍)，升压吋不利于边界层保持而易从压缩机的叶片和扩压管处发生分离，显著降低扩压效率和输气系数。R718同时具有比常规制冷剂大很多的压缩比(7.4kPa/0.61kPa,为R134a的2倍)和小很多的容积制冷量(11.3kJ/m3),需要开发高转速、大排量的专用制冷压缩机删。目前，R718专有制冷压缩机生产技术多掌握在YORK、INEGRAL、IDE等大公司中。除此Z外，水蒸汽压缩系统对于压缩机入口处的过热度非常敏感，其造成的不可逆损失占系统损失的98%(远大于R134a的23%)。尽

4、管大压比工况下采用多级压缩、闪蒸式中间冷却和直接接触式换热器能够提高COP值⑷，但由于固定投入较大，冃前经济性仍不如卤代桂制冷循环⑸。上述原因阻碍R718制冷剂在蒸汽压缩制冷系统的广泛应用，要全面推广R718蒸汽压缩制冷系统，迫切需要一种新型技术解决大压比和蒸汽过热问题。本文提出了相变波转子(Phase-TransitionalWaveRotor)自复叠制冷系统，系统中的相变波转子是一种基于非定常流动的相变波转子设备，利用其通道内产生的激波和膨胀波的相互作用，完成能量的直接交换，整个过程绝热效率会显著提高，可有效降低压缩机的压比和级数，有望解决R718单级系统的大压比和蒸汽过热问题。本文将对

5、文屮提出的制冷系统进行热力学分析，比较在不同制冷剂条件系统的COP,并且将该制冷与传统的双级蒸汽压缩制冷、喷射式蒸汽压缩制冷比较，得出相变波转子自复叠制冷系统以R718为制冷剂有巨大的优势。=11.1制冷循环系统描述所提出的相变波转子自复叠制冷系统的示意图如图1(a)所示。该系统由相变波转子增压器、蒸汽压缩机、冷凝器、高温节流阀、不凝气真空泵、过冷器、低温节流阀、蒸发器组成，和一般的制冷系统相比增加了相变波转子增压器，使得R718作为制冷剂的大压比和蒸汽过热问题得以解决。R718在系统屮的运行经过：通入相变波转子增压器驱动蒸汽入口Hp的高压蒸汽经过等爛膨胀过程与通入相变波转子增压器低压蒸汽入

6、口Lp的低压饱和蒸汽经过低于等爛压缩后等压混合成中压蒸汽，然后经由增压蒸汽出口Mp排出，并进入蒸汽压缩机压缩成高温高压过热蒸汽，经冷凝器后以高压饱和液体形式分为低温制冷剂与高温制冷剂两股；低温制冷剂经过冷器排出不凝气并降温为过冷液体，通过低温节流阀降温降压至设定温度，以低温低压气液混合物形式进入蒸发器定压吸热转换为低压饱和蒸汽完成制冷循环，然后作为相变波转子增压器的低压蒸汽；高温制冷剂经高温节流阀降温降压后，通入过冷器吸热，以高温高压蒸汽形式作为相变波转子增压器的驱动蒸汽。图1(b)是相变波转子自复輕制冷系统的p-h图，从图中可以看出点6“处高压过热蒸气在相变波转子增压器中等爛膨胀至6H处与

7、点1处的低压饱和蒸汽在相变波转子增压器屮经过等爛压缩至「处等压混合至2点，2点的过热蒸汽经蒸汽压缩机压缩至3点的高温高压过热蒸汽，然后经冷凝器等压降温至4点的高压饱和液体，4点的高压饱和液被分成低温制冷剂和高温制冷剂两股：低温制冷剂经过过冷器换热降温达到7点的高压过冷液并通过不凝气泵排出不凝气，经过低温节流阀等焙降温、降压至8点的低压气液两相状态，通过蒸发器吸热制冷后达到1点的低压饱和蒸气完成制冷循环，然后通