为利用CO2跨临界循环气体冷却器放热段较大的温度滑移,减小节流部分的膨胀功损失,提高系统性能,可在制冷系统中利用CO2跨临界循环与NH3喷射循环复合实现压缩/喷射复叠式系统.在对系统进行热力学分析的基础上,建立了相应的模型.计算结果表明NH3循环喷射器引射流体温度和出口的冷凝温度对引射系数影响很大,在较高引射流体温度和较低冷凝温度下,CO2跨临界压缩/喷射制冷循环可以得到较高的循环性能.在较低CO2跨临界循环蒸发温度和压缩机效率时,此循环相对基本循环有明显优势.降低发生器温差也是提高循环性能的途径之一.

摘要针对CO2制冷能效低的特点，本文建立了双级压缩带膨胀机CO2跨临界制冷循环热力学模型，在考虑实际循环中不可逆损失因素影响在基础上，对循环进行了性能系数、热力学完善度和单位制冷量炯损失等指标进行了分析计算，并与双级压缩节流膨胀CO2跨临界制冷回热循环和R22简单制冷循环进行了比较。

环境问题的突出引起人们对CO2作为制冷剂的更多关注.CO2跨临界循环需利用双级压缩技术提高循环效率,因此对核心部件双级滚动转子压缩机进行自主开发设计,分析了双级压缩机工作腔内的吸气、压缩、排气过程和结构特点;设计了一定工况下的CO2跨临界循环双级滚动转子压缩机;根据设计的结构参数进行了运动和受力分析,并以此为指导,在摩擦严重的部位进行结构特殊化处理,如在滑板端部增加密封柱,以减小摩擦和泄漏,提高压缩机效率.

从可持续发展观以及制冷系统的自然属性与大自然的角度出发,结合制冷剂的自然度和热力学完善度,提出了一种新的制冷和热泵系统环境性能的评价方法——制冷系统自然度。并对制冷系统自然度的评价指标进行了量化计算和分析,结果表明：各系统的自然度有很大的提升空间,采用制冷系统自然度的方法进行评价,能够为系统的改进提供指导方向。

基于氟利昂制冷剂的ODP（臭氧层破坏势）和GWP（温室效应）问题,运用热力学方法,对CO2跨临界双级压缩带回热器循环TSCV＋TGC＋IHX与不带回热器循环TSCV＋TGC建立了数学模型,并基于Visual Basic程序基础,开发了两种双级循环性能分析平台。结果表明,相同对比条件下,循环TSCV＋TGC＋IHX平均性能比循环TSCV＋TGC高5%～10%,最优中间压力比循环TSCV＋TGC低约5%～15%。本研究为高效、节能的CO2跨临界循环热泵热水器产品的开发提供了基础资料。

以空气作为被测流体,以CO作为示踪气体,在直径为0.300m的90°弯曲管道内对示踪法测量气体流量进行了试验研究。结果表明,多点释放/多点取样比单点释放/单点取样时,取样点处示踪气体的浓度测量偏差小。释放点位于弯头上游7D～13D（D为管道直径）、取样点位于弯头下游10D～14D处,流量计算值（示踪法）与测量值（涡轮流量计）的相对误差在-2.15%～1.69%的范围内,释放点与取样点的位置越远,示踪法测量流量的相对误差越小。示踪气体的释放量需要与管道输送气体流量相匹配。对于含有脏污介质的大口径管道工业气体输送过程中的流量计,采用示踪法进行在线校准,是一种简单有效的校准方法。

通过对自然工质CO2的研究发现,超临界流体具有应用范围广、实用性强的特点,作为超临界流体技术应用研究的一个方面,空调制冷系统超(跨)临界循环是一个通用循环,该循环与传统的亚临界循环相比具有不同的特性,如用于热泵供暖、供应热水时,换热效率较高,COP有极大值等.从研究CO2跨临界循环中发现,许多特性并非CO2所固有,而具有一定的通用性.

为了提高CO2跨临界循环的性能,对系统每个部件以及整个系统的优化研究是非常必要的。因此提出了以基于系统的优化目标函数对CO2换热器的结构敏感性进行优化计算,分析了优化目标函数COPm随气体冷却器和蒸发器管径和管长的变化。计算结果表明,CO2跨临界循环系统应选择小管径和长管长。同时对优化后的新系统进行了模拟计算,其COP和制冷量分别比原系统提高了15%和18%。根据优化结果以及原有系统存在的问题,对换热器及相关部件进行了设计加工,进而建立了新的CO2跨临界水水热泵实验系统。结果显示,新系统的COP和制冷量提高了30%左右。总之,实验测试数据验证了模拟计算结果的正确性,所得结果有助于对CO2跨临界水-水热泵系统进行改善。

提出了热电过冷器-膨胀机耦合CO2跨临界制冷循环(TES+EXP),可实现热电过冷器、膨胀机和压缩机之间的电能平衡分配。对新构型各部件及循环整体的不可逆损失及.效率进行了详细分析,并与三种构型CO2跨临界循环进行了对比。结果表明TES+EXP循环的.效率明显高于热电过冷(TES)循环,在过冷度为10℃时,.效率提高7.4%。排气压力和过冷度是影响TES+EXP循环单位制冷量不可逆损失iTot的关键因素,循环在最优排气压力和过冷度时存在最小iTot,在标准工况下,TES+EXP循环相对传统CO2跨临界制冷循环,最小iTot降低了39.9%;气冷器出口温度为46℃时,最优高压减小了2.0MPa。推荐新型循环应用于气候炎热地区。

介绍制冷与热泵产品的热力学完善度的原理和计算方法,比起常规应用的EER或COP性能参数,热力学完善度具有稳定性、可比性、相对性、统计性和合理性等特点,可用于同类产品或相似产品在不同工况下的性能比较。文中给出了热力学完善度的应用实例。