空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的模擬及實驗研究.pdf

1、空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)的制冷劑是空氣,作為天然制冷劑,對環(huán)境無任何污染,是未來可選擇的替代制冷劑;但空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)性能系數(shù)偏低,因此對于空氣制冷系統(tǒng)而言,改善其制冷性能意義重大。更重要的是,由于空氣中的水蒸氣在渦輪中冷凝成水或結(jié)冰,這對系統(tǒng)的運行危害極大。不僅要提高空氣制冷系統(tǒng)的效率,同時也要降低系統(tǒng)中空氣含濕量,對這兩方面進行研究具有重要的理論及實際意義。
　　為了有效降低渦輪進口壓縮空氣的含濕量,本文在原有空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)中增加了

2、高效氣水分離器,除去渦輪進口濕空氣中攜帶的冷凝游離水,并對低溫箱進行改進,以提高系統(tǒng)運行的性能。試驗臺改進后,在不同的工況條件下,對三種回?zé)嵫h(huán)流程的空氣制冷系統(tǒng)的性能進行數(shù)值模擬和實驗研究,最后分析結(jié)果,得出如下結(jié)論:
　　(1)模擬和實驗結(jié)果表明,對系統(tǒng)的制冷效率而言,壓氣機進口壓力的升高,增大了渦輪的膨脹比,降低了渦輪的出口溫度,提高了系統(tǒng)COP和制冷量。模擬結(jié)果顯示,在二級回?zé)崃鞒滔?當(dāng)壓氣機進口壓力由170kPa升高到2

3、00kPa時,系統(tǒng)COP升高了約33％。在相同條件下實驗值的增幅稍小,約升高了30%。對系統(tǒng)的除水性能而言,模擬和實驗結(jié)果表明,壓氣機進口壓力的升高對渦輪進口空氣的含濕量幾乎沒有影響,但渦輪中水蒸氣的冷凝量隨著壓氣機進口壓力的升高顯著增加,實驗中無回?zé)岱桨赶略黾幼蠲黠@。
　　(2)模擬和實驗結(jié)果表明,在系統(tǒng)中增設(shè)回?zé)崞骷跋鄳?yīng)的水分離器,可顯著提高系統(tǒng)制冷效率和除水性能。模擬結(jié)果表明,與無回?zé)嵯啾?二級回?zé)嵯到y(tǒng)中的渦輪進口含濕量最多

4、可下降44%,而相同條件下實驗值稍小,約為40%。同時,回?zé)崞鞯脑黾右蔡岣吡讼到y(tǒng)制冷量,改善了系統(tǒng)COP。實驗結(jié)果表明,在壓氣機進口壓力為200kPa時,二級回?zé)嵯到y(tǒng)的COP較無回?zé)嵯到y(tǒng)提高了約40%,相同條件下模擬結(jié)果COP的增幅約為48%。
　　(3)模擬和實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)COP和系統(tǒng)制冷量均隨制冷溫度的升高而增加。實驗結(jié)果表明,對二級回?zé)崃鞒?當(dāng)壓氣機進口壓力為200KPa時,制冷溫度從-20℃升高到-10℃時,系統(tǒng)的CO

5、P從0.23升高到0.38,升高了約65%,而相同條件下的仿真結(jié)果系統(tǒng)COP僅升高了36%。對于除水性能而言,模擬結(jié)果表明,渦輪進口空氣含濕量和渦輪中水蒸氣的冷凝量都隨制冷溫度的升高而增加。在壓氣機進口壓力為200kPa時,當(dāng)系統(tǒng)制冷溫由-25℃升高到-5℃時,渦輪進口空氣含濕量由0.927 g/kg增至1.24 g/kg,增加了約34%。
　　(4)實驗結(jié)果表明,隨壓氣機壓比的升高,渦輪膨脹比不斷增大且增大速率變快。渦輪的折合流