本文通过对跨临界CO2水冷式制冷系统进行变工况模拟与热力学分析,得出系统主要性能参数的变化规律,以及最优压力值与气体冷却器出口温度之间的关联式.这些结论可为跨临界二氧化碳制冷系统的设计和控制提供依据.

CO2气体冷却器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大，为了能设计出高效的气体冷却器，有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究：本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型，对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算，并与试验测试结果进行了比较，验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算，主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明，热重比随管径的增大而下降，随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素，CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。

CO2气体冷却器的型式和换热效果对 CO2跨临界循环的性能影响较大，有必要对其换热性能进行分析。通过对气体冷却器划分微元，建立了传热过程计算模型，用间接法计算了划分微元与不划分微元时 CO2侧冷却换热系数，并与几个所选换热关联式的计算值进行了比较，结果发现划分微元时的值几乎都高于关联式计算值。综合分析选择了较合适的换热关联式，为系统及气体冷却器的模拟优化提供了依据。进而新建了 CO2热泵实验台，对新气体冷却器的性能进行了测试和比较。结果表明，新 CO2气体冷却器的性能比原换热器有了大幅提高。通过优化达到了改善换热器和系统性能的目的。