跨临界CO_(2)循环系统控制优化策略的研究进展

控制策略作为跨临界CO_(2)循环系统的重要组成部分,是保证系统高效节能运行的关键。介绍了系统最优排气压力经验计算和泊金汉π定理的反馈控制、基于梯度追踪和极值寻优的实时在线控制以及基于神经网络的预测控制等,详细分析了系统控制策略的发展历程和未来发展趋势,并总结如下:离线控制建立简单、成本低,但易受到环境因素和系统部件变化的影响而导致控制性能降低;实时在线控制策略可以实时追踪系统最大能源效率对应的排气压力,但由于寻优过程费时较长,导致控制系统的收敛时间过长;模型预测控制系统可以实现实时优化和快速收敛,有着良好的发展前景。结合新能源汽车、建筑供暖、轨道交通、商超冷藏、军工等实际场景对跨临界CO_(2)循环系统控制策略的应用特点和未来发展趋势进行分析,进一步说明了提高控制策略的适用性是未来研究的重要方向,并分析将广义预测控制、强化学习等具有自适应属性的方法应用于跨临界CO_(2)循环系统控制策略的可行性,同时探讨了开发适用于大规模循环系统和储能系统控制策略在我国“双碳”背景下的重要意义。

中间完全冷却CO_2跨临界双级压缩节流循环

双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流(STDC循环)和两次节流(DTDC循环)。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩(STSC)节流循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。

CO_2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析

Two-stage vapor compression refrigeration cycle was accomplished with an intercooler.The state of the refrigerant vapor leaving the intercooler affects the system performance.The thermodynamic analysis of the trans-critical two-stage refrigeration cycle using CO2 as the refrigerant was made with a condensing temperature of 35℃.When the intercooler operated at about the geometric mean of the evaporating and condensing pressures,compared with the single stage cycle,the coefficient of performance(COP)of the two-stage cycle was improved.As the degree of superheating of the CO2 vapor leaving the intercooler increased,the COP of the two-stage system decreased.

CO_2跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环研究

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 火用 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R2 2简单制冷循环进行了比较。

CO_(2)跨临界制冷系统新型分布式压缩循环研究

为了对CO_(2)跨临界蒸气压缩循环进行高效冷却并提升系统性能,提出分布式压缩循环系统(distributed compression cycle system,DCCS)。在DCCS中,气冷器出口的超临界CO_(2)不再被进一步过冷而是进行二次增压,并在常规热汇条件下进行放热冷却。通过热力学计算DCCS在不同工况下的性能随二次增压比变化情况。结果表明:相对于基础系统,DCCS可有效提升系统性能,在气冷器出口温度不变时,最大制冷COP增幅在8.2%~10.76%之间,制冷量的增幅最高可达约26%。在蒸发温度不变时,最大制冷COP增幅在8.57%~13.51%之间。DCCS中理想的二次增压比要求并不高,且对于二次增压所增加的系统功耗相对于基础系统不会超过20%。相对于目前仅采取单一过冷技术的系统,DCCS在系统性能系数上仍具有优势。DCCS的提出为跨临界CO_(2)蒸气压缩循环系统的性能提升与完善提供了全新的方向。

CO_2跨临界双级压缩循环中膨胀机的优化配置性能分析

用热力学第一定律和第二定律 ,对三种双级压缩带膨胀机的CO2 跨临界循环进行热力学分析 ,并分别从系统的性能系数、效率、中间压力以及排气温度等方面进行了比较。结果表明 ,DCOP循环的性能系数和效率最高 ;DCDL循环的最低 ;DCDH循环的性能非常接近DCOP循环 ,可以近似实现在最佳条件下运行。在CO2 跨临界双级压缩循环中 。

CO_2跨临界循环双级压缩系统最优中间压力分析

为了提高CO2跨临界循环系统的效率,可以采用双级压缩。分析了给定双级系统的最优工况点,一级节流双级压缩系统的最优中间压力以及最优高压压力随不同参数的变化趋势性能,得到了最优高压压力与最优中间压力的关联式,为双级系统的设计提供了理论支持。

CO_2跨临界循环双级滚动转子压缩机的设计与分析

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.

CO_2跨临界双级压缩/喷射制冷循环热力学分析

建立了同时采用双级压缩和利用喷射器代替节流阀的CO2跨临界双级压缩/喷射制冷循环模型,在系统稳定运行的条件下,分析了高压压力、气体冷却器出口温度、蒸发温度和高、低压压缩机吸气过热度对循环性能的影响,并与CO2跨临界单级压缩/喷射制冷循环和双级压缩制冷循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,双级压缩/喷射循环的性能系数明显优于其他两种循环;随着气体冷却器出口温度的升高和蒸发温度的降低,循环的性能系数分别降低了54.9%和43.2%,并且其下降速度大于双级循环的性能系数下降速度;高、低压压缩机吸气过热度升高均导致双级压缩/喷射循环性能系数降低。

CO_2跨临界双级压缩带低压膨胀机制冷循环性能分析

通过建立模型分析比较了CO2跨临界双级压缩带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的性能。结果表明:双级压缩CO2跨临界带节流阀与带低压膨胀机制冷循环的最佳中间压力并不是高低压的几何平均值;在一定的气体冷却器出口温度下,双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷循环有一个最佳高压侧排气压力,与带节流阀循环相比,其最大COP可提高20%,但当高压侧压力低于最佳值时,低压膨胀机对系统COP的影响随着高压侧压力的减小而逐渐变得不明显;在双级压缩CO2跨临界带低压膨胀机制冷系统优化设计中,中间冷却应采用完全冷却型式。

CO_2跨临界双级压缩循环性能研究及理论分析

为了探索CO2跨临界双级循环系统性能提高的方法,基于热力学循环分析方法,对CO2跨临界双级压缩循环建立了数学模型,并进行了理论分析.结果表明:在分析的几种循环中,2个气体冷却器双级循环最优高压最高,带中间冷却器和膨胀机双级循环最优高压最低;低压缩机效率对整个循环性能的影响要比高压缩机效率更为显著;带中间冷却器的循环存在最佳质量分配比;随蒸发温度增加,带中间冷却器的循环要比2个气体冷却器的循环最优中间压力变化要小;气体冷却器出口温度对循环性能的影响,要比蒸发温度的影响大;相同条件下,2个气体冷却器带膨胀机双级循环和带中间冷却器和膨胀机双级循环性能最优,2个气体冷却器双级循环性能最差,膨胀机循环性能要普遍优于节流阀循环性能.

带喷射器的低温跨临界CO_(2)两级压缩制冷系统性能

针对低蒸发温度下跨临界CO_(2)制冷系统实验研究较少的现状,设计搭建了带喷射器的跨临界CO_(2)两级压缩制冷实验台,在蒸发温度为-33~-29℃,气冷器出口温度为30~40℃,高压压力为8.20~9.70 MPa的实验工况下研究制冷系统的性能变化,并将实验结果与理论计算结果进行对比。研究结果表明:实验结果与理论热力学计算结果变化趋势一致,喷射器的应用可显著提升跨临界CO_(2)两级压缩制冷系统的性能,其对制冷系统COP的最大提升率可达29.37%;在实验工况下,带喷射器的跨临界CO_(2)两级压缩制冷系统的最优高压压力为8.80 MPa,对应的最优COP为1.63;带喷射器的跨临界CO_(2)两级压缩制冷系统的制冷量和COP随蒸发温度的升高而增大;气冷器出口温度对制冷系统的性能影响显著,随着气冷器出口温度从30℃升至40℃,制冷系统的COP降低61.4%。这些研究成果可为带喷射器的跨临界CO_(2)两级压缩制冷系统的研究提供参考。

CO_2跨临界双级压缩带高压膨胀机制冷循环性能研究

通过建立模型,分析比较了CO_2跨临界双级压缩带节流阀与带高压膨胀机制冷循环的性能。结果表明:双级压缩CO_2跨临界带节流阀与带高压膨胀机制冷循环的最佳中间压力并不是高低压的几何平均值;在一定的气体冷却器出口温度下,双级压缩CO_2跨临界带高压膨胀机制冷循环有一个最佳高压侧排气压力,与带节流阀循环相比,其最大COP可提高10%,但高压侧压力超过最佳值后,高压膨胀机对系统COP的影响逐渐变得不明显;在双级压缩CO_2跨临界带高压膨胀机制冷系统优化设计过程中,中间冷却应采用完全冷却型式。

CO_2跨临界双级压缩制冷循环的性能分析

对带膨胀机的两种双级压缩循环(TCOP和TCDH)建立热力学模型,进行模拟计算,并与CO2单级循环(SCE)进行性能比较。研究表明,TCOP循环的COP比SCE循环高9%。在给定设计点,TCDH循环的COP分别比SCE和TCOP循环提高9.65%和0.72%。如果考虑设计和结构,并采取一些措施控制操作条件以防止偏离设计点,TCDH循环是一个可行的选择。

CO_2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析

本文在各种CO_2跨临界单级压缩制冷循环的基础上,建立了6种CO_2跨临界双级压缩制冷循环系统的热力学模型,并对中间压力、蒸发温度、气体冷却器出口温度、高压级和低压级压缩机效率等设计参数对系统性能系数(COP)的影响进行了分析和比较。结果表明,气体冷却器出口温度和低压级压缩机效率是影响系统COP的主要因素。同时,通过对比6种型式的双级压缩系统,发现在给定的高压压力下,二次节流中间不完全冷却形式的双级压缩系统在系统的性能系数和安全运行方面在这些双级压缩系统中是最好的。这些研究成果可为CO_2跨临界双级压缩制冷系统的优化设计提供参考。

跨临界CO_2双级压缩制冷循环的热力学分析与比较

对带中间冷却器的双级压缩制冷(TCEI)循环和带闪发器的双级压缩制冷(TCFI)循环进行了热力学分析与比较。结果表明:TCFI循环的最佳中间压力和最佳排气压力低于TCEI循环。在常规空调工况下,TCFI循环的COP高于TCEI循环。在蒸发温度从-10℃变化到10℃时,TCFI循环和TCEI循环的COP相对基本循环平均提高幅度分别为32.3%和18.7%。

风量对跨临界CO_(2)驻车空调系统性能的影响

为研究风量变化对跨临界CO_(2)驻车空调系统性能的影响,控制室内外风量在最优风量以降低总能耗,获得最高的能效比。通过搭建系统样机,在焓差室测试其性能并研究风量对系统性能的影响。结果表明:样机在名义制冷工况下,取系统理想制冷性能系数C_(OP)最大时对应的排气压力为最优排气压力(9 MPa)。在最优排气压力下探究风量的影响。室内风量固定时,随着室外风量的增加,排气温度先快速下降后趋于稳定。室外风量固定时,排气温度与室内风量的关系取决于室外风量的大小,当室外风量低于1500 m^(3)/h时,排气温度随着室内风量的增加而增加;当室外风量高于1500 m^(3)/h时,排气温度随着室内风量的增加呈现先减小后增大的趋势,且在室内风量为300 m^(3)/h时排气温度达到最小值。室内、外风量增加时,系统制冷量先增加后降低,总功耗先降低后升高,系统C_(OP)呈现先上升后下降的趋势。最优风量为室内风量300 m^(3)/h,室外风量1750 m^(3)/h,此时系统C_(OP)达到最大2.26,为跨临界CO_(2)驻车空调系统的设计与安全高效运行提供参考。

CO_2跨临界单级压缩带回热器与不带回热器循环理论分析与实验研究

分别对带回热器和不带回热器的CO2跨临界单级压缩循环进行了理论分析和实验性能测试.理论分析表明,与不带回热器循环相比,相同蒸发温度下,带回热器循环平均性能提高约4.55%;相同气体冷却器出口温度下,带回热器循环平均性能提高约5.23%.实验测试表明,带回热器循环制热量和制冷量分别平均提高约3.33%和5.35%,制热和制冷性能系数分别提高约11.36%和14.29%.

CO_2跨临界两级压缩制冷循环热力学分析

采用热力学方法对 CO2 跨临界两级制冷循环性能进行了分析 ,并与单级系统进行了对比 .结果表明 ,采用两级压缩可提高 CO2 循环的 COP,相同工作条件下 ,两级压缩与单级压缩系统相比 ,其 COP可提高 5 %左右 ;一定的蒸发温度下 ,CO2 循环的最佳冷却压力在 9.0 MPa左右 ;采用回热器在循环最佳冷却压力以下可大幅度提高系统性能 ,超过最佳冷却压力以后 ,对系统的改善很小 ;相同压缩终了压力下 ,两级压缩的排气温度可比单级压缩低 1 8

CO_2跨临界双级压缩采暖热泵理论分析

分析了制约 CO2 跨临界单级循环在采暖热泵中应用的主要因素 ;研究了双级压缩回热循环的可行性 ,对其在两种不同供水温度水平下的应用进行了理论计算和分析 ,并分别和锅炉供热以及 R1 34 a热泵进行了比较 .