基于有内部热交换器的住宅空调系统CO2性能的实验研究VIP免费

基于有内部热交换器的住宅空调系统CO2性能的实验研究Y.B.Yao,Y.L.He,W.Q.Tao,Z.G.Wu动力工程多相流国家重点实验室，西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049，中国摘要:拥有内部热交换器的跨临界CO2住宅空调实验系统建立后，工况对于系统性能系数的影响也随之被测定。结果表明，蒸发器侧进气口参数对COP影响很小；在所研究的蒸发器侧进气口及速度区域COP增长幅度分别低于6%、4%。气体冷却器侧进口参数及系统蒸发温度是影响COP的主要因素。当气体冷却器侧进口温度从32.5℃涨至37℃，COP会降低20%。由此基于实验数据，节流损失及其对COP的影响会得到分析。虽然内部热交换器会减小跨临界循环的节流损失，节流过程仍然有5%的制冷损失，这导致了系统COP降低20%。气体冷却侧性能越好节流损失越小，另外系统蒸发温度的提高可以降低节流损失。最后提供了对于下一步研究的一些建议。关键词：CO2制冷剂，跨周期，性能系数，节流损失1、介绍近几十年中，CFC及HCFC制冷剂的泄漏导致臭氧层耗竭及温室效应影响越来越严重。代替CFC及HCFC的天然制冷剂的使用已经有很多大学、研究机构、公司进行调查研究。在天然制冷剂当中，例如二氧化碳、氨、烃、空气及水，二氧化碳拥有独特的热物理特性，比如它的低粘度，高热容量以及优秀的热传导系数。同时，CO2臭氧消耗潜能值为0，极低的GWP值，并且价格低廉。所以在众多天然制冷剂中，CO2是优秀的替代品。自从Lorentzen和Pettersen提出用于移动制冷设备的CO2跨临界循环，对于不同制冷剂人们进行了许多研究，空调和热泵系统采用CO2作为制冷剂。在实验调查中，以CO2作为工作流质的空调系统的性能可参[2-4]；以CO2为工作流质的空气-水热泵系统的性能可参[5-10]商业及商场制冷系统对于CO2的应用则在[11-14]有着理论及实际的分析。在理论分析当中，斯里尼瓦桑等人[15]运用新的国家基本方程对于CO2蒸汽压缩制冷循环进行了分析。Fartaj等[16]则根据热力学第二定律研究影响CO2汽车空调系统性能的因素。萨卡等[17]则提出了火用分析以及对于基于热泵循环同时进行加热冷却应用的CO2跨临界循环的优化。Chen和Gu等[18]对拥有内部热交换器的CO2跨临界制冷系统的理论分析及仿真工作进行计算。Rigola等[19]为研究CO2跨临界制冷系统和传统的亚临界制冷周期进行了数值模拟和试验比较。在组件设计和研究中，马德森等[20]从实验及理论上探讨了毛细管对于跨临界CO2制冷系统的影响。Agrawal和Bhattacharyya[21]对在跨临界CO2热泵循环的非绝热毛细管进行了数值研究以及气体冷却器温度、蒸发器温度、毛细管内径对于其影响。上述文献中显示有很多研究已经在汽车空调系统、热泵系统和商业用CO2作制冷剂的制冷系统及其部件上进行。但是对于广泛应用于当前住宅的以CO2做制冷剂及有鳍管式热交换器的空调系统，这方面的报告却很少。定义COP性能系数希腊字母h比焓，J/kg∂loss节流损失I水潜热，J/kg下标m质量流量，kg/sa空气P压缩机输入功率，wr制冷剂Q传热能力，wh节流过程STW具体熵，J/(kgk)温度，℃绝对湿度S绝热膨胀过程另一方面，跨临界CO2循环的节流损失比传统亚临界循环节流损失大得多。节流损失可由膨胀机恢复，膨胀机可以在很大程度上提高跨临界二氧化碳系统的性能[23]。然而，由于膨胀机复杂的配置和低效率，目前一般采用内部热交换器降低跨临界CO2循环系统的节流损失。在本文中，我们建立了翅片管式热交换器跨临界CO2循环住宅空调系统的实验体系。我们对于工况对CO2系统性能的影响进行了实验研究。然后根据实验数据，我们可以对跨临界循环的节流损失、接力损失对于系统性能的影响以及工况对于节流损失的影响进行分析。2、实验设备图1展示了跨临界CO2住宅空调系统的实验体系。其中包括了制冷剂循环及空气循环。制冷剂循环包括压缩机，油分离器，气体冷却器，内部热交换器，电子膨胀阀，蒸发器，接收器等。连接系统的测试仪器有温度变送器（T，规格：±0.2℃），绝对压力传感器（规格：±0.075%），微分压力传感器（规格：±0.075%）以及微动质量流量计（规格：±0.5%）。实验系统用到的是三排交错的鳍管式气体冷却器和蒸发器，管直径分别为5.2mm/7.0mm。研究的第一步，我...