随着随着全球的技术发展、科技进步,无论是在生活还是生产中,人们对食品低温冻结保鲜的品质要求越来越高,尤其金枪鱼冷冻冷藏链的开发研究日益受到关注。由于金枪鱼体内肌红蛋白极易氧化而发生褐变,影响其食用价值与经济价值,捕捞后需及时处理并进行-55℃的超低温冷冻保藏。尽管在远洋渔业从业人员以及渔船建造数量规模等方面我国位居世界前列,但与渔业发达国家仍存在很大的差距;且渔船所必需搭配的制冷系统能耗一直制约着我国远洋渔业的发展。对超低温制冷系统进行更深入的分析和研究,降低能源消耗,提高系统的能源利用率对于节能减排和实现可持续发展具有重要意义。鉴于此,本课题以双级压缩超低温制冷系统为研究对象,以仿真计算与实验研究等手段对单机双级压缩制冷系统实验台运行进行分析与研究,本课题主要研究内容与结论如下:(1)通过建立双级压缩制冷系统热力学模型,采用EES软件对双级压缩制冷系统进行仿真计算,对比分析在不同的蒸发温度或冷凝温度下,双级压缩制冷系统运行性能的变化规律,并以已搭建好的单机双级压缩制冷实验台为依托进行实验验证,模拟与实验结果表明:排气温度随着蒸发温度的下降与冷凝温度的上升逐渐增大,且仿真测试结果与实验结果偏差均保持在2~15℃范围之内,且当蒸发温度上升或冷凝温度下降5℃时,蒸发温度对制冷效率的影响较冷凝温度要高7.8%以上;(2)在蒸发温度与冷凝温度不变的工况下,对系统进行仿真计算与实验研究分析了不同的中间温度对单机双级压缩制冷系统运行性能的影响。结果表明:制冷COP值随着中间温度的增加表现出先增大后减小的趋势且在最优中间温度±4℃范围内,其数值变化在5%范围之内,从系统实际的运行结果来看,当制冷系统在蒸发温度为-55℃,冷凝温度为23℃工况下运行时,可取中间温度为-18℃使系统在较优的状态下运行;(3)以超低温单机双级压缩制冷实验台为基础,通过实验研究分析了不同负荷下制冷系统运行稳定性与运行性能。实验结果表明:随着库内模拟热负荷的逐渐增大高压级压缩比与低压级压缩比以及系统压缩机排气温度呈现出相同的变化趋势即随着库内模拟热负荷的增大均逐渐减小且高压级压缩比降低了30%左右,而制冷剂流量呈现相反的变化趋势,这在一定程度上增大了系统安全运行的可靠性与稳定性;(4)采用NIST REFPROP8.0软件查询各制冷剂的物性参数,在冷凝温度为40℃,蒸发温度为-65℃的超低温工况下通过理论循环对复叠式与双级压缩式制冷系统进行对比分析,结果表明:在相同的工况下,双级压缩式压缩机轴功率、R404A制冷剂质量流量低于复叠式;而双级压缩制冷系统COP(制冷性能系数)高于复叠式;且与复叠式制冷循环相比,双级压缩式制冷性能系数与压缩机轴功率更具有优势且双级压缩式全年可节约用电2836.8kW·h~4255.2kW·h。