采用不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

　　术 语

　　COP———性能系数

　　h———比焓，( kJ/kg)

　　p———压力，(MPa)

　　T———温度，K

　　w———比功，( kJ/kg)

　　x———干度

　　y———冷流体制冷份额

　　I——— 损失，(kJ/s)

　　Q0———制冷量

　　ε———换热器效率

　　η———等熵效率(%)

　　Ψ———比 ，(kJ/kg)

　　S———比熵，(kJ/kg·K)

　　μ———喷射系数

　　下标:

　　com———压缩机

　　gas———气体冷却器

　　eva———蒸发器

　　vor———涡流管

　　des———降温器

　　noz———喷嘴

　　int———中间冷却器

　　0———环境

　　v———膨胀阀

　　sep、exp、eje———分离器、膨胀机、喷射器

　　r———目标温度

　　c———压缩机输入

　　e———膨胀机回收

　　water———降温器进口水

　　1 引 言

　　现代社会中广泛使用的制冷空调和热泵系统，由于本身耗能和传统制冷剂(CFCs)对环境的破坏，系统的节能和制冷剂的替代成为工程热物理学科的 前沿课题。在蒸气压缩式制冷与热泵循环中，工质的热物性对循环有着重要作用。可以说制冷与热泵技术的进展就是循环装置的完善与工质的更新。制冷剂的替代也 由仅要求无臭氧层破坏到同时满足臭氧层保护和阻止全球变暖的双重要求上来^[1]。考虑环境的长期安全性，应尽量避免使用那些最终会排放到生物圈中并影响生态平衡的非自然工质，重新起用自然工质是一种非常安全的选择。从工质利用的历史来看，人类最初使用的是自然工质，如SO₂、CO₂等，随着科技的进步，制造出了CFC、HCFC等合成工质，提高了循环性能，却造成了人们原未预料到的环境问题，于是人们又把目光重新投到自然工质上来。自然工质被前国际制冷学会主席G.Lorentzen 称为解决环境问题的最终方案^[2]。美国、德国、挪威等国家学术研究和商业推广齐头并进，中国学者近年来也开始自然工质的研究^[3]。由于氟里昂制冷剂对大气臭氧层有污染，根据蒙特利尔协议，要限制和逐步禁止使用CFCs工质，而替代制冷剂的温室效应也不能忽视，因此应用绿色天然工质的需求越来越迫切。跨临界CO₂循环是氟利昂制冷剂替换研究中的一个重要方向^[4]_。由于CO₂具有理想的环保特性，加之其很低的成本(不到R134a的5%)，容易获得且不需回收等优点，成为理想的自然工质。目前，CO₂在部分制冷空调应用领域(包括汽车空调、热水热泵、低温复叠制冷等)具有非常好的发展前景^[5]。