【摘要】：混合工質(zhì)低溫制冷系統(tǒng)采用不同沸點的多元混合物作為制冷劑,制冷溫度可低至-193℃。因其具有制冷溫度廣、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于天然氣液化、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。在大多數(shù)中小型混合工質(zhì)低溫制冷系統(tǒng)中,考慮工藝制造的要求,回?zé)崞髌毡椴捎煤稿a盤形套管換熱器。由于制冷過程中,回?zé)崞骼?熱)流進出口會存在較大的溫度變化,盤管間導(dǎo)熱對換熱過程造成的影響不能忽視。本文先建立了考慮套管換熱器的盤管空間結(jié)構(gòu)對換熱性能影響的數(shù)學(xué)模型,比較分析套管換熱器在不同接觸熱阻時的換熱性能,模擬結(jié)果表明,接觸熱阻越大,套管換熱器的換熱性能越好。隨后本文又搭建了套管換熱實驗臺,實驗結(jié)果表明,管壁相互貼合的焊錫套管換熱器存在盤間導(dǎo)熱,無焊錫型套管換熱過程換熱性能比焊錫型套管換熱更優(yōu)。當冷、熱流的進口溫度變化為45~85℃時,無焊錫型的套管換熱能力提高了2%~12%。本文針對混合工質(zhì)低溫制冷系統(tǒng)運行能效比低,降溫速度慢、壓縮機啟動壓力及溫度較高等問題,設(shè)計并搭建了兩套不同制冷溫度的混合工質(zhì)低溫制冷實驗系統(tǒng),對降溫過程進行建模分析、參數(shù)優(yōu)化和實驗驗證。首先在-90℃制冷溫區(qū),以R134a、R32、R14為混合冷劑組分設(shè)計了單級壓縮自復(fù)疊(ACR)混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng),采用遺傳算法以熱力學(xué)完善度η為優(yōu)化目標,集成Aspen Plus進行流程模擬,給出了不同工況下最優(yōu)運行組分的濃度變化規(guī)律。優(yōu)化結(jié)果表明,隨著系統(tǒng)溫度的降低,為使系統(tǒng)始終處于最優(yōu)運行狀態(tài),高沸點組分R134a的濃度逐漸降低,低沸點組分R14的濃度逐漸增加,其增減幅度由大變小。據(jù)此提出了一種微流量控壓的組分控制策略,通過在蒸發(fā)器出口連接膨脹儲氣罐和微流量控制閥進行相關(guān)的實驗驗證。結(jié)果表明,以膨脹儲氣罐和控制閥聯(lián)合作用的方法可以加快系統(tǒng)降溫速度,減小壓縮機總耗功8.9%左右,系統(tǒng)的高壓壓力得到較好控制,提高了整機的安全性和可靠性。本文又設(shè)計了-150℃的混合工質(zhì)柔性超低溫制冷系統(tǒng),利用R600a、R170、R290、R50、R728五元混合工質(zhì)進行實驗。微流量控壓的組分控制策略在超低溫區(qū)的優(yōu)勢更加明顯,在提高系統(tǒng)降溫速率的同時,也減小了系統(tǒng)功耗10.39%左右,混合工質(zhì)的運行濃度也得到了自適應(yīng)地調(diào)節(jié)。
【圖文】：

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文稱LHR）節(jié)流制冷；二是指自復(fù)疊節(jié)流制冷（Auto-Cascade Refrigerator，簡稱ACR）。1.2.1Linde-Hampson 混合工質(zhì)節(jié)流制冷Linde-Hampson 的概念是由 1895 年英國的 Willam Hampson 和 1897 年德國的 CarlVon Linde 在建立的 Linde-Hampson 型空氣液化節(jié)流制冷系統(tǒng)時提出，此后液化空氣實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[13, 14]。早期的 Linde-Hampson 制冷機除壓縮混合空氣外都只能使用純工質(zhì)，上世紀 60 年代后，混合工質(zhì)才開始與 Linde-Hampson 循環(huán)結(jié)合進行研究和實驗應(yīng)用。Linde-Hampson 制冷循環(huán)流程如圖 1-1 所示，COMP 代表壓縮機，COND 代表冷凝器，REG 代表回?zé)釗Q熱器，EVAP 代表蒸發(fā)器。

SEP是氣液分離器，VALVE1為蒸發(fā)器前的節(jié)流閥，，VALVE2為氣液分離器后的節(jié)流閥。圖1-2 單級自復(fù)疊制冷循環(huán)流程Podbielniak W. J提出了自復(fù)疊的概念。隨后，前蘇聯(lián)的Kleemenko A. P在1959年提出單流程自復(fù)疊制冷循環(huán)，采用甲烷、丙烷、丁烷為混合工質(zhì)獲取-156℃低溫環(huán)境，第一次將自復(fù)疊技術(shù)成功應(yīng)用在天然氣液化裝置中[27]。7年后，F(xiàn)uderer采用垂直布置的冷凝管（同時充當氣液分離器和油分離器），利用重力分餾制得更低溫度[28]。1972年，MissimerD. J對前人們的循環(huán)進行改進，發(fā)現(xiàn)增設(shè)旁通系統(tǒng)的ACR循環(huán)比無旁通的循環(huán)降溫速度更快[29]。1982年以后
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB657

【參考文獻】

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本文編號：2612814