中频感应加热负载分析

　　1 引 言

　　面对全球环境恶化，利用自然工质替代HCFC制冷剂已成为一种共识。采用空气为工质的制冷循环效率太低; 应用水为工质时受到最低蒸发温度的限制;NH₃易燃易爆，尤其是其毒性，用于食品工业易对人体造成伤害。CO₂具有对环境友好(ODP=0，GWP=1)，无毒、不燃等优点，在工商业低温领域应用中受到重视。为解决CO₂临界温度较低，单级级循环性能差，Kitzmiller^[1]提出NH₃/CO₂复叠式循环方案，高压级用NH₃冷却低压级CO₂。相比 NH3复叠系统，Pettersen等^[2]研究表明，NH₃/CO₂复叠系统其低温级压缩机体积减小90%，查世彤等^[3]通过热力分析发现，NH₃/CO₂复叠系统在低温制冷条件下具有明显优势; Getu等^[4]通过对系统进行分析，运用多元线性回归的方法得出部分运行参数的数学表达式; Lee等^[5]对冷凝蒸发器中的最佳冷凝温度进行研究，并对其进行优化设计。众多理论和实验研究为提高系统性能奠定了基础，但是缺少对系统能质的研究分析。本文基于NH₃/CO₂复叠系统理论循环，研究低温级蒸发温度、冷凝温度、冷凝换热温差对循环性能的影响，为提高系统效率和性能系数(COP)，完善系统结构设计提供理论依据。

　　2NH₃/CO₂复叠系统

　　NH3/CO₂复叠系统由低温循环和高温循环两部分组成，其系统原理图和压焓图如图1(a)和图1(b)所示。低温循环过程为1-2-3-4，CO₂由压缩机压缩后，排入冷凝蒸发器，与高温工质NH₃进行热量交换，冷凝成 CO₂液体，经节流降压后进入CO₂蒸发器，与环境进行换热，完成冷却降温; 高温循环过程为5-6-7-8，NH₃在压缩机中被压缩后排入冷凝器冷凝，冷凝后的液态氨经节流后进入冷凝蒸发器中，对来自低温的CO₂工质进行冷却，吸热蒸发后被压缩机吸入，实现高温系统的循环。

　　3 分析方法

　　理论循环中，系统性能系数表示为:

　　系统由一任意状态可逆的变化到与给定环境相平衡状态时，理论上可以无限转化为任何其它能量形式的那部分能量，表达式为:

　　通过计算可以得出制冷循环各个环节中的损失和系统的效率，分析系统的能量利用完善程度。各自循环过程中的计算表达式如表1所示。

　　低温循环和高温循环质量流量比通过对冷凝蒸发器能量守恒计算得出，表达式为:

　　4 结果分析