低温空气制冷速冻系统稳态性能的仿真与实验研究

【摘要】双级压缩正升压空气制冷循环采用空气作为制冷剂，利用同轴离心压气机回收涡轮的膨胀功来对压缩空气进行二级压缩，提高了系统工作压力范围和透平膨胀机的膨胀比，从而增大了单位制冷量。对于空气制冷系统而言，空气中水蒸气的含量对其性能影响极大，因此对降低系统空气含湿量进行研究具有重要的理论及实际意义。本文在原低温空气制冷速冻系统中增加高效板翅式换热器和水分离器，用回热器冷却系统进口空气至露点以下，并通过水分离器将冷凝水分离排出。首先，在对原低温空气制冷速冻系统实验台分析的基础上，采用集总参数法建立系统主要部件的稳态数学模型，根据各部件之间的关系，建立了低温空气制冷速冻系统的数学模型，并借助EES软件编制了系统的仿真程序。利用仿真程序分别对不同循环流程的空气制冷系统性能进行了仿真研究，分析了对涡轮进口含湿量和涡轮中水蒸气冷凝量的影响因素和各部件对系统性能的影响。对仿真结果的分析表明，改进系统流程的空气制冷系统的除湿性能达到了预期。其次，对原低温空气制冷速冻实验台进行改进，并在改进后的实验台上，首先对系统主要部件的性能进行测试，然后分别在不同的压气机进口压力、环境温度和散热器冷边风量条件下对不同循环流程的空气制冷系统的性能进行测试，最后分析测试结果，并和仿真结果进行比较，所得如下结论：（1）仿真和实验结果表明压气机进口压力的升高对涡轮进口空气含湿量的影响很小，但涡轮中水蒸气的冷凝量随着压气机进口压力的升高而增加，且无回热工况条件下的增加幅度大于有回热工况；（2）系统中增加回热器2后涡轮进口空气含湿量有了显著降低，仿真结果显示，系统的除湿效率最大可达约47.6%，而系统除湿效率的实验值稍小，约为30%；同时，回热器的增加提高了系统制冷量，改善了系统COP，仿真结果表明，在压气机进口压力为200kPa时，系统增加回热器1和2后，系统COP提高了约48%；（3）实验结果表明，随着传热单元数的增加，顺流式回热器1的换热效率逐渐增大，在传热单元数增至1.57时其换热效率实验值最大为0.509，与仿真结果相符；对逆流式回热器的仿真结果显示，改变回热器1为逆流式可显著增大其换热效率，且逆流式回热器的换热效率最大值为0.72；（4）仿真结果显示：系统进口含湿量和涡轮进口含湿量都随着系统进口压力的升高而减少，其中系统进口含湿量的变化较大，同时系统性能也随之恶化；涡轮进口含湿量和涡轮中水蒸气的冷凝量都随着系统制冷温度和散热器热边出口温度的增加而增大；（5）部件效率对系统性能影响的仿真结果显示：提高各部件效率均可增大系统制冷量，改善系统COP，其中涡轮等熵效率对系统COP的影响最大；其它部件效率对系统COP的影响依次是：散热器换热效率、压气机等熵效率、回热器1换热效率及回热器2换热效率。
【作者】赵硕；
【导师】郭宪民；
【作者基本信息】天津商业大学，制冷及低温工程，2013，硕士
【关键词】空气制冷系统；升压式涡轮膨胀机；系统除湿性能；系统性能；

【参考文献】
[1]简子林.中铁物资C公司财务战略管理研究[D].华中科技大学,会计,2013,硕士.
[2]黄进.硒对茶树抗氧化系统的影响及其在品种间富集特性研究[D].华中农业大学,园艺学,2014,硕士.
[3]陈明俊,巫亚强,江启达.ITAE最优Ⅲ型数字伺服系统[J].自动化学报,1993,02:177-183.
[4]张述照,阮秋琦,安高云.颜色不变量空间下的行人跟踪算法研究[J].信号处理,2014,11:1279-1285.
[5]万武南.分布式安全存储系统纠删码技术的研究[D].中国科学院研究生院（成都计算机应用研究所）,2006.
[6]沈鲁恺.钴基化合物/碳复合锂离子电池负极材料的制备及其结构和性能研究[D].浙江大学,材料工程,2013,硕士.
[7]袁梦.重庆清真西寺仪式经腔的形态学研究[D].西南大学,音乐与舞蹈学,2013,硕士.
[8]赵烁砾.基于取样锁相及DRVCO技术的X波段微波频率源的研究[D].南京理工大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[9]李成忠.ERP实施的研究和生产系统的二次开发[D].西安电子科技大学,计算机技术,2010,硕士.
[10]熊曾刚,杨扬,刘丽,陈福,曾明.网络资源管理的Grid和P2P集成方案及其关键技术分析[J].控制与决策,2008,01:1-7.
[11]时红斌.转型背景下瑞安城市交通优化对策研究[D].浙江大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[12]刘浩.基于MODIS数据的土壤湿度反演研究[D].鲁东大学,自然地理学,2014,硕士.
[13]王若任,宿迷菊.生态宁海,茶香芬芳——2014年浙江省“望海茶”敬老茶会在杭州举行[J].茶叶,2014,02:124+58-59.
[14]卢占英.ION-CCI大鼠TG和TNC BKca通道的变化及机制研究[D].第二军医大学,生理学,2013,硕士.
[15]涂学凑.Nb_5N_6 microbolometer太赫兹检测器[D].南京大学,无线电物理,2014,博士.
[16]钟益宁.左旋多巴胺Schiff碱的合成及其不对称相转移催化烷基化的研究[D].广西师范大学,有机化学,2003,硕士.
[17]石建超.抗颤宁方对6-OHDA诱导PC-12细胞损伤的保护作用研究[D].河北医科大学,中医内科学,2014,硕士.
[18]石羽杰.HEK293T细胞中siRNA干扰沉默Apc11对细胞周期的影响及APC11L与NKD2的蛋白相互作用与功能研究[D].复旦大学,遗传学,2009,博士.
[19]薛慧娟.安部公房文学作品中寻找自己的主人公们[D].华中师范大学,日语语言文学,2014,硕士.
[20]安然.益气养阴法对IgA肾病大鼠AT1和Ⅳ型胶原的影响[D].河北医科大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[21]张新建.基于机电产品的拆卸过程规划原型系统开发与研究[D].内蒙古工业大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[22]康川川.国际贸易对金融发展的反馈机制[D].南开大学,世界经济,2010,硕士.
[23]沈松.“核—壳”型诊断治疗系统的构建及其在肿瘤声动力—化疗联合治疗中的应用[D].浙江大学,药剂学,2014,博士.
[24]王昀.某高层住宅剪力墙结构体系的优化设计与关键问题探讨[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[25]胡星.基于位置的态势感知技术研究与系统实现[D].国防科学技术大学,计算机技术,2012,硕士.
[26]吴广盛.京沪高铁蕴藻浜桥跨既有铁路施工安全风险管理研究[D].西南交通大学,项目管理,2013,硕士.
[27]林众.基于MPEG-4的流媒体技术开发与应用研究[D].大连理工大学,计算机科学与技术,2003,硕士.
[28]李福革,陈小龙,张丽君.不同顺丁烯二酰亚胺类化合物的制备及对体外灰霉病的抑制效果[J].浙江农业科学,2013,09:1128-1132.
[29]葛沙沙.碳定价政策对我国工业部门成本的影响研究[D].南京航空航天大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[30]康波.琼东南盆地新生代沉降—热演化模拟[D].中国地质大学,能源地质工程,2014,博士.
[31]李荣军.经皮双侧扩张后凸成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折[D].大连医科大学,骨外科学,2012,硕士.
[32]孙国强.中小股民交易行为研究[D].南京农业大学,金融,2011,硕士.
[33]刘燕.新会计准则下寿险责任准备金计提及其对利润的影响[D].华东师范大学,精算学,2013,硕士.
[34]步子祥,夏钟银.工业燃煤锅炉燃烧自动化[J].自动化学报,1980,03:217-223.
[35]卜颖超.绥芬河市对俄经贸发展研究[D].东北师范大学,人文地理学,2012,硕士.
[36]覃志宏.卷烟包装生产线风送除尘风机状态监测与故障诊断系统[D].重庆大学,机械工程,2003,硕士.
[37]陆梅.《红楼梦》人物描写及其翻译中的隐含的语用分析[D].广西大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[38]刘银涛.基于GPS/3G/GIS的车辆监控管理系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[39]郑国辉.制度变迁视角下我国大学去行政化问题研究[D].广西师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[40]穆德谊.企业所得税税收优惠后续管理研究[D].首都经济贸易大学,财政学,2014,硕士.
[41]张丹.汉代铜镜铭文研究概况及文字编[D].吉林大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[42]范培佩.铜陵青铜文化的民俗学解析[D].安徽大学,民俗学,2014,硕士.
[43]杨洁.纳米聚苯胺对巨噬细胞毒性及相关机制研究[D].华中科技大学,分析化学,2013,硕士.
[44]武彩霞.电梯群的智能控制[D].辽宁工程技术大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[45]王彦辉,刘海超,高雷,郭立伟,李书昌,谷友侠.轧制力优化对20辊冷轧硅钢厚度精度的影响[J].冶金自动化,2014,05:68-72.
[46]赵萍.二甘醇对改性PET共聚酯热熔胶熔融及结晶行为影响的研究[D].华东理工大学,化学工艺,2014,硕士.
[47]巫洪章.能源材料Al/Ni复合物快速放热和g-C_3N_4光解水性能的理论模拟研究[D].上海大学,2013.
[48]吴尚蓉.基于光谱和图像的倒伏冬小麦产量评估方法[D].中北大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[49]战风云.现代主义建筑中东方文化的渗透[D].青岛理工大学,设计学,2013,硕士.
[50]于倩倩.中筋小麦扬辐麦4号高产优质栽培的氮素调控技术[D].扬州大学,作物栽培学与耕作学,2011,硕士.