混合工质低温制冷系统的优化及控制

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1、工程硕士学位论文混合工质低温制冷系统的优化及控制策略作者姓名潘垚池工程领域动力工程校内指导教师刘金平教授校外指导教师方徐君高级工程师所在学院电力学院论文提交日期2018年3月TheOptimizationAnalysisandControlStrategyofMixed-refrigerantLow-temperatureCryogenicSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：PanYaochiSupervisor：Prof.Liu

2、JinpingSeniorEngineerFangXujunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK172.4学校代号：10561学号：201521011630华南理工大学硕士学位论文混合工质低温制冷系统的优化及控制策略作者姓名：潘垚池指导教师姓名、职称：刘金平教授方徐君高级工程师申请学位级别：工程硕士（全日制）工程领域名称：动力工程论文形式：□产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：制冷空调系统的优化设计与控制论文提交

3、日期：2018年3月23日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：梁德青委员：陆继东、刘金平、甘云华、李泽宇华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年3月23日学位论

4、文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论

5、文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：2018年3月23日指导教师签名：日期：2018年3月23日作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编)摘要混合工质低温制冷系统采用不同沸点的多元混合物作为制冷剂，制冷温度可低至-193℃。因其具有制冷温度广、结构简单、适应性强等优点，广泛应用于天然气液化、电子工业、生物医学工程等领域。在大多数中小型混合工质低温制冷系统中，考虑工艺制造的要求，回热器普遍采

6、用焊锡盘形套管换热器。由于制冷过程中，回热器冷（热）流进出口会存在较大的温度变化，盘管间导热对换热过程造成的影响不能忽视。本文先建立了考虑套管换热器的盘管空间结构对换热性能影响的数学模型，比较分析套管换热器在不同接触热阻时的换热性能，模拟结果表明，接触热阻越大，套管换热器的换热性能越好。随后本文又搭建了套管换热实验台，实验结果表明，管壁相互贴合的焊锡套管换热器存在盘间导热，无焊锡型套管换热过程换热性能比焊锡型套管换热更优。当冷、热流的进口温度变化为45~85℃时，无焊锡型的套管换热能力提高了2%~12%。本文

7、针对混合工质低温制冷系统运行能效比低，降温速度慢、压缩机启动压力及温度较高等问题，设计并搭建了两套不同制冷温度的混合工质低温制冷实验系统，对降温过程进行建模分析、参数优化和实验验证。首先在-90℃制冷温区，以R134a、R32、R14为混合冷剂组分设计了单级压缩自复叠（ACR）混合工质节流制冷系统，采用遗传算法以热力学完善度η为优化目标，集成AspenPlus进行流程模拟，给出了不同工况下最优运行组分的浓度变化规律。优化结果表明，随着系统温度的降低，为使系统始终处于最优运行状态，高沸点组分R134a的浓度逐渐

8、降低，低沸点组分R14的浓度逐渐增加，其增减幅度由大变小。据此提出了一种微流量控压的组分控制策略，通过在蒸发器出口连接膨胀储气罐和微流量控制阀进行相关的实验验证。结果表明，以膨胀储气罐和控制阀联合作用的方法可以加快系统降温速度，减小压缩机总耗功8.9%左右，系统的高压压力得到较好控制，提高了整机的安全性和可靠性。本文又设计了-150℃的混合工质柔性超低温制冷系统，利用R600a、R170、R290、