主要内容

跨临界CO2 (R744)制冷循环

这个例子模拟了一个蒸汽压缩制冷循环,其中循环的高压部分工作在超临界流体区域。制冷剂是二氧化碳(CO2),在本应用中也称为R744。

压缩机驱动二氧化碳在循环中流动,并将压力提高到临界压力之上。气体冷却器将高压二氧化碳中的热量排出到环境中。因为CO2处于超临界状态,它不会凝结,温度会降低。膨胀阀降低压力,导致一些二氧化碳蒸发。两相混合物通过蒸发器,从舱室吸收热量,直到过热。内部热交换器在循环的冷热侧之间传递一些热量,以提高循环的效率。

模型

室子系统

压缩机子系统

控制器子系统

蒸发器子系统

膨胀阀子系统

气体冷却器子系统

内换热器子系统

scope仿真结果

Simscape Logging的模拟结果

此图显示了循环中的质量流量、等熵压缩机功率输入和热流率。气体冷却器和蒸发器的热流率代表了循环的散热和吸热,而IHX热流率是通过内部热交换器在循环中传热。

这幅图显示了循环中不同时刻的压力和温度。蒸发器压力保持在3.5 MPa左右,气体冷却器压力名义上在10mpa左右,高于CO2 (R744)临界压力7.4 MPa。因此,这是一个跨临界制冷循环。气体冷却器的压力随环境温度的变化而变化。在较低的环境温度下,气体冷却器的压力可能下降到亚临界压力。

因为两相混合物进入蒸发器,所以蒸发器的进口温度T5也是饱和温度。因此,T6 - T5为蒸发器过热度,由膨胀阀控制。

此图显示了不同轴速下压气机压力与流量曲线。转轴在这里没有建模;控制器直接设置轴转速,以产生必要的流量。

Simscape日志结果的动画

此图显示了跨临界制冷循环中流体状态随时间的演变。循环中的6个点分别是压缩机进口、冷凝器进口、内换热器热侧进口、膨胀阀进口、蒸发器进口、内换热器冷侧进口,由模型中的S1 ~ S6传感器测量。测量结果在压强-焓图上。等温线是二氧化碳(R744)的等温线。

流体性质

下面两幅图分别描绘了CO2 (R744)的流体性质与压力(p)和归一化内能(unorm)的关系,以及与压力(p)和比内能(u)的关系。流体是

  • 过冷液体时-1 <= unorm < 0;

  • 当0 <= unorm <= 1时两相混合物;

  • 当1 < unorm <= 2时过热蒸汽。

流体性质数据以矩形网格的形式提供。因此,用p和u表示的网格是非矩形的。

CO2 (R744)流体性质数据可在CO2PropertyTables.mat