本書系統(tǒng)論述了跨臨界CO2熱力循環(huán)的基礎理論、系統(tǒng)設計方法、運行特性、性能提升策略及控制優(yōu)化技術，深入分析了CO2制冷劑的物性特點及其對跨臨界熱力循環(huán)性能的影響機理，剖析了系統(tǒng)關鍵部件的熱力學模型和傳熱傳質(zhì)特性，闡述了影響系統(tǒng)性能的主要因素及其作用規(guī)律，提出了多種提升系統(tǒng)性能的新型循環(huán)方案，探索了多種先進控制策略在CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)中的應用。全書理論分析與工程實踐相結合，既有深入淺出的學理闡釋，又有翔實可靠的實驗數(shù)據(jù)，可為CO2制冷及熱泵技術的進一步研究提供系統(tǒng)性的理論指導。
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國家自然科學基金面上項目油氣混輸增壓過程中的相分布特性研究，編號51176144，負責人
目錄
前言
主要符號表
第1章緒論1
1.1制冷技術發(fā)展歷史1
1.1.1氟利昂制冷技術2
1.1.2HFC制冷技術3
1.2下一代制冷劑替代選擇及技術發(fā)展趨勢4
1.2.1HFO類制冷劑發(fā)展現(xiàn)狀與局限性4
1.2.2HC類制冷劑的優(yōu)勢與應用前景5
1.2.3CO2制冷劑的歷史演進與技術突破5
1.3跨臨界CO2熱力循環(huán)發(fā)展的若干問題7
1.3.1跨臨界CO2熱力循環(huán)分析理論的適應性8
1.3.2跨臨界CO2熱力循環(huán)的部件設計9
1.3.3跨臨界CO2熱力循環(huán)的運行特性10
1.3.4跨臨界CO2熱力循環(huán)的性能提升12
1.3.5跨臨界CO2熱力循環(huán)的系統(tǒng)控制14
1.3.6跨臨界CO2熱力循環(huán)的應用拓展15
參考文獻16
第2章跨臨界CO2熱力循環(huán)20
2.1CO2制冷劑的物性及熱力運行特性20
2.1.1CO2制冷劑的物性20
2.1.2CO2制冷劑熱力運行特性23
2.2跨臨界CO2熱力循環(huán)特性26
2.2.1CO2熱力循環(huán)介紹26
2.2.2跨臨界CO2熱力循環(huán)的理論模型28
2.3跨臨界CO2熱力循環(huán)昀優(yōu)排氣壓力存在機理31
2.3.1超臨界和臨界點附近CO2的物性32
2.3.2跨臨界CO2熱力循環(huán)中的高壓側換熱夾點33
2.4CO2熱力循環(huán)的昀優(yōu)排氣壓力和性能的影響因素37
2.4.1固定氣體冷卻器/冷凝器出口溫度工況37
2.4.2考慮傳熱夾點的實際換熱工況43
參考文獻57
第3章跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)設計理論58
3.1CO2往復壓縮機58
3.1.1幾何運動模型58
3.1.2熱力過程模型59
3.1.3摩擦功耗模型63
3.2氣體冷卻器71
3.2.1氣體冷卻器基本形式71
3.2.2氣體冷卻器流動及換熱特性73
3.3蒸發(fā)器81
3.3.1蒸發(fā)器基本形式81
3.3.2蒸發(fā)器流動及換熱特性82
3.4回熱器95
3.4.1套管式回熱器95
3.4.2板式回熱器97
3.5電子膨脹閥99
3.6氣液分離器104
3.7系統(tǒng)建模105
參考文獻107
第4章跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)運行特性及優(yōu)化109
4.1回熱量影響特性109
4.1.1可調(diào)回熱量的熱力循環(huán)系統(tǒng)模型110
4.1.2回熱器質(zhì)量流量對跨臨界CO2熱泵性能的影響特性113
4.1.3變出水溫度工況下的昀優(yōu)回熱量影響特性116
4.1.4標準工況下的昀優(yōu)回熱量計算118
4.2充注量影響特性121
4.2.1充注量的標注方法122
4.2.2標準充注率及其對CO2熱泵熱水器的影響特性127
4.2.3全工況跨臨界CO2熱泵熱水器昀佳標準充注率的標定133
4.2.4昀佳標準充注率對氣液分離器的設計指導138
4.3跨臨界CO2熱泵熱水器的除霜運行特性139
4.3.1除霜方法139
4.3.2不同參數(shù)對逆向除霜方法的影響141
4.3.3逆向除霜方法和熱氣旁通除霜方法的對比145
4.3.4兩種除霜方法的系統(tǒng)性能比較151
參考文獻152
第5章跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)性能提升153
5.1跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)適應性分析153
5.1.1高回水溫度下的跨臨界CO2熱泵性能衰減153
5.1.2高環(huán)境溫度下的商超用跨臨界CO2制冷系統(tǒng)性能衰減154
5.2雙級壓縮跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)155
5.2.1基于中間補氣的雙級壓縮跨臨界CO2熱力循環(huán)分析155
5.2.2中間壓力的影響159
5.2.3排氣壓力的影響160
5.2.4進出水溫度的影響160
5.2.5環(huán)境溫度的影響165
5.3并行式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)168
5.3.1并行式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)熱力學分析169
5.3.2并行式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)昀優(yōu)中間溫度172
5.3.3并行式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)昀優(yōu)排氣壓力176
5.4復合式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)182
5.4.1復合式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)熱力學分析184
5.4.2輔助系統(tǒng)與主系統(tǒng)排氣壓力的影響186
5.4.3頻率配比的影響188
5.5其他方案190
5.5.1噴射器190
5.5.2平行壓縮系統(tǒng)191
5.5.3膨脹機192
5.5.4渦流管194
5.5.5熱回收系統(tǒng)195
參考文獻195
第6章跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)控制197
6.1跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)控制方法197
6.2基于極值搜索控制算法的昀優(yōu)排氣壓力控制199
6.2.1極值搜索控制算法基本原理199
6.2.2跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)中的極值搜索控制設計201
6.2.3極值搜索控制實驗驗證204
6.3多變量極值搜索控制優(yōu)化在并行式系統(tǒng)中的應用210
6.3.1并行式跨臨界CO2熱力循環(huán)系統(tǒng)中的多變量極值搜索控制參數(shù)設計211
6.3.2設計工況下的多變量極值搜索控制214
6.3.3實際環(huán)境溫度變化工況下的多變量極值搜索控制217
6.4基于連續(xù)卡爾曼濾波器的相量預測極值搜索控制算法220
6.4.1控制邏輯與算法220
6.4.2基于相量預測極值搜索控制的排氣壓力控制優(yōu)化224
6.4.3基于多變量相量預測極值搜索控制的多參數(shù)優(yōu)化227
6.4.4連續(xù)變化環(huán)境溫度工況下的多變量相量預測極值搜索控制232
6.5基于極值搜索控制優(yōu)化結果的混合模型預測控制策略236
6.5.1基于多變量極值搜索控制的中間壓力內(nèi)優(yōu)化策略236
6.5.2MPC算法設計238
6.5.3設計工況下的MPC策略243
6.5.4連續(xù)變化環(huán)境溫度工況下的MPC優(yōu)化結果244
6.5.5階躍出水溫度工況下的混合MPC策略246
參考文獻248
第7章跨臨界CO2熱力循環(huán)的應用與前景展望250
7.1車輛熱泵空調(diào)250
7.1.1工作原理250
7.1.2應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景255
7.2跨臨界CO2熱泵熱水器257
7.2.1工作原理257
7.2.2應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景258
7.3跨臨界CO2熱泵烘干259
7.3.1工作原理260
7.3.2應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景261
7.4跨臨界CO2商超制冷263
7.4.1工作原理263
7.4.2應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景264
7.5跨臨界CO2熱力循環(huán)在冰雪制冷場館的應用265
7.5.1工作原理265
7.5.2應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景266
7.6跨臨界CO2熱力循環(huán)在電站儲能方面的應用266
7.6.1工作原理267
7.6.2應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景268
7.7跨臨界CO2熱力循環(huán)在其他領域的應用前景269
參考文獻270
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