多喷射器增强的变工况变负荷跨临界CO2双温制冷系统的关键问题研究

Multi-ejector enhanced transcritical CO2 dual temperature refrigeration system recovers the throttle losses and improves energy efficiency，and is an important technology for cold chain equipment. But the existing system does not meet the conditions and load changes, and there is energy loss in mixing process. This project proposes an improved multi-ejector enhanced transcritical CO2 dual temperature refrigeration system using combination of gas-vapor and gas-liquid ejectors, which adapts to the changes in working conditions and cooling load. Based on thermodynamic theory, one-dimensional models of ejector and whole system will be established, to simulate the operating characteristics of the system and ejector, to master their coupling laws, and to propose control strategies for optimizing system operation. CFD numerical simulation and multi-objective optimization of ejectors will be performed, to obtain optimization guidelines of the ejectors and their combination. Experiment study on the actual performance of the system will be carried out; experimental data will be used to validate and develop one-dimensional model and CFD model of ejectors, and to improve system optimization control strategy. This project will help to enhance understanding of multi-ejector enhanced transcritical CO2 dual temperature refrigeration system, to reveal operation characteristics of ejector combination, to guide design of ejector combination for the changing work condition and cooling load, and to lay a fundamental theory for system optimum control and thermodynamic strengthening. The project has great academic significance and engineering value.

多喷射器增强的跨临界CO2双温制冷系统可回收节流损失，提高系统能效，是重要的冷链装备技术。但是现有系统无法满足工况和负荷的变动需求，且存在混合过程的能量损失。项目提出了改进的多喷射器增强的跨临界CO2双温制冷系统，采用气汽和气液多喷射器组合，适应外界工况和负荷的变动。项目基于热力学理论建立喷射器和系统的一维模型，对系统和喷射器的运行特性进行模拟，掌握其耦合作用规律，提出优化系统运行的控制策略。对喷射器进行CFD计算模拟和多目标优化，获得喷射器及其组合的优化设计准则。最后通过实验研究系统的实际运行特性，利用实验数据验证和发展喷射器一维模型和CFD计算模型，改进系统优化控制策略。项目将有助于对多喷射器增强的跨临界CO2双温制冷系统的认知，揭示系统中喷射器组的运行特性，为设计适应变工况变负荷的喷射器组合提供指导，为该类系统的优化控制和热力学强化奠定基础理论，研究具有重要的学术意义和工程应用价值。

为了减少化学制冷剂对环境的影响，CO2作为一种天然绿色环保制冷剂， ODP为零，GWP值为1，无毒、不易燃、体积热容大、潜热大、导热系数高、密度高、粘度低、成本低、易于获得的天然工质，具有优越的热物理性能，成为下一代最有希望的制冷剂。.CO2是一种临界温度较低(31.1℃)、临界压力较高(73.8bar)的工质，在温暖气候下运行跨临界模式，节流损失大，降低了系统的COP。平行压缩制冷系统(PCR)可以通过高温压缩机直接压缩闪蒸气到气体冷却器,可以减少由闪蒸气引起的节流损失，但是在从气体冷却器到中压储液器的节流过程中仍然存在巨大的节流损失。为了恢复节流损失，可以在PCR系统的基础上增加喷射器以达到恢复部分膨胀功的目的。.目前，喷射压缩是CO2制冷系统中最先进的技术，喷射器的主要工作原理是利用一次流引射压缩二次流增加其压力，起到预压缩制冷剂的作用。此外，喷射器具有结构简单、成本低、无运动部件等优点。.本项目在PCR系统增加了多喷射器回路和满液式蒸发器，构成多喷射器增压制冷系统，项目主要对多喷射器增强的CO2双温制冷系统建立了热力学模型，研究了其变工况变负荷的热力学性能，并研究了系统在国内不同城市的运行特点，对R744制冷系统的控制逻辑进行了优化。同时对CO2两相流喷射器开展了深入的研究，开发了均相平衡模型，准确地实现了对喷射器内相变过程的模拟。在此基础上对喷射器的关键几何参数进行了优化分析，成功获得了性能较优的喷射器。同时设计了多喷射器增强的CO2双温制冷系统的实验装置，开展了实验研究。.本项目的研究工作为CO2制冷系统的应用提供了理论支撑，所开发的均相平衡模型加速了CO2两相流喷射器的设计开发进程，项目的研究成果将推动CO2制冷系统在我国的应用。