利用相变波转子实现R718蒸汽压缩制冷研究

水（R718）作为一种优秀的天然制冷剂，并未能在蒸汽压缩制冷系统中得到应用。主要原因在于，R718具有很小的冷凝和蒸发压力以及容积制冷量，必须开发真空下专用的大压比压缩机才能完成增压，且蒸汽过热问题使得整个系统的经济性变得很差。.本研究提出一种新型增压、冷凝和回热机制，有望解决上述系统中的大压比和蒸汽过热问题。主要思想是：通过一种基于非定常流动的相变波转子设备，利用其通道内产生的激波和膨胀波的相互作用，完成能量的直接交换，整个过程绝热效率会显著提高，可有效降低压缩机的压比和级数，并能充当系统中的冷凝器。.本研究主要开展相变波转子内含闪蒸、冷凝等非平衡热力过程的多相非定常流体动力学和热力学方面的研究，研究相变波转子在R718制冷循环中的增压、冷凝和回热机制。所得到的理论成果有助于真实气体动力学和多相流体力学的发展；技术成果有望推动R718在蒸汽压缩系统中的推广使用。

本项研究针对闪蒸波转子用于R718蒸汽压缩制冷VCR系统可有效降低蒸汽压缩机压比和级数，主要开展了闪蒸波转子的增压、冷凝和回热等机制研究，对耦合闪蒸、冷凝等非平衡热力过程的多相压缩非定常流体力学和热力学等深入研究，开发完成含闪蒸波转子的R718VCR系统，并从热力学对相变波转子用于R718VCR的可行性进行了研究。. （1）相变波转子内耦合闪蒸、冷凝等非平衡过程的多相压缩流动研究.建立完成耦合蒸发/冷凝/池沸腾等平衡相变过程的多流体CFD模型，完成一种R22为中间介质的新型蒸发器，并试制实验样机；建立完成起能精确捕捉强间断且能模拟闪蒸、冷凝等非平衡过程的CFD模型，首次获得了R134a和R718的工作波图，并成功扑捉到闪蒸波和冷凝激波，获得了两种介质下的激波、膨胀波、接触面等相遇、相交、反射和透射规律；分析完成闪蒸波转子的增压机制。分析表明，在闪蒸膨胀比5时低压蒸汽的增压比达2.0，从机制上验证了在R718VCR系统中，利用闪蒸增压方式将气相压缩转化为液相增压的可行性。. （2）发明闪蒸波转子增压器，并开发完成含该增压器的R718VCR系统。基于增压波转子的轴向和径向方案（CN201210081062.0、CN201210081102.1），开发并加工完成轴流闪蒸相变波转子增压器。在此基础上搭建完成嵌入闪蒸波转子增压器的R718VCR系统，占地达10m2，其中利用新开发的超大液气比分离器（CN201210060005.4）将膨胀液体/制冷剂流量比维持在125左右。. （3）完成含闪蒸波转子增压器的R718 VCR系统热力学分析。基于ASME STEAM模型的含相变波转子增压的R718 VCR分析程序，理论COP达9.0。分析表明，本质上属于热压缩技术的相变波转子增压利用非定常气波增压方式完成，过程效率要高于定常效率，已经成为热压缩技术的创新性扩展，本项研究同时将波转子增压的制冷技术拓展至热泵循环，创新性地将其用于蒸发技术中，并申报2项国家发明专利（CN 201410707512.1，CN 201410710970.0）。. 综上，本项目在执行期间共参加工程热物理会议2次，参加美国ASME国际交流等1次，其他国际会议2次，申报国家发明专利8项，授权3项；发表论文8篇，EI\ SCI\ISTP收录6篇，培养研究生5名，2名毕业。