主要内容

跨临界CO2(R744)制冷循环

本示例模拟了蒸汽压缩制冷循环,其中循环的高压部分在超临界流体区域中运行。制冷剂为二氧化碳(CO2),在本应用中也称为R744。

压缩机通过循环驱动CO2流,并将压力升高到临界压力以上。气体冷却器将高压CO2的热量排出到环境中。由于CO2处于超临界状态,因此不会冷凝,温度降低。膨胀阀降低压力,导致部分CO2蒸发。压缩机通过循环驱动CO2流两相混合物通过蒸发器,从腔室吸收热量,直到过热。内部热交换器在循环的热侧和冷侧之间传递一些热量,以提高循环的效率。

模型

隔间子系统

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

内部热交换器子系统

示波器的模拟结果

Simscape测井模拟结果

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热流率表示循环的散热和吸热,而IHX热流率表示内部热交换器在循环中的热传递。

此图显示循环中不同点的压力和温度。蒸发器压力保持在3.5 MPa左右,气体冷却器压力名义上约为10 MPa,高于CO2(R744)临界压力为7.4 MPa。因此,这是一个跨临界制冷循环。气体冷却器压力随环境温度的变化而变化。在较低的环境温度下,气体冷却器压力可能降至亚临界压力。

由于两相混合物进入蒸发器,蒸发器进口温度T5也是饱和温度。因此,T6-T5表示蒸发器中的过热,由膨胀阀控制。

此图显示了不同轴速度下的压缩机压力与流量曲线。此处未对旋转轴进行建模;控制器直接设置轴速度以产生必要的流量。

Simscape测井结果动画

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个点是压缩机进口、冷凝器进口、内部热交换器热侧进口、膨胀阀进口、蒸发器进口和内部热交换器冷侧进口,这些点由传感器S1至S6在模式下测量l、 他们的测量结果绘制在压力-焓图上。等高线是CO2(R744)的等温线。

流体性质

以下两幅图分别绘制了CO2(R744)的流体性质与压力(p)和标准化内能(unorm)的函数关系,以及与压力(p)和比内能(u)的函数关系。这种液体是一种液体

  • 当-1<=未冷却<0时的过冷液体;

  • 0<=unorm<=1时的两相混合物;

  • 当1

流体性质数据在p和unorm中以矩形网格的形式提供。因此,p和u的网格是非矩形的。

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