【摘 要】
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在CO2跨临界系统中,用透平膨胀机替代节流阀可以减少节流损失,提高系统性能。对透平膨胀机进行尺寸优化设计,可以提高其等熵效率。为提高跨临界CO2制冷循环的性能,提出了冲动式透平膨胀机（ITE）改进方案,该方案可以在回收膨胀功的同时实现双级压缩,对相应的制冷循环进行了热力学性能研究,获得了该循环最佳高压压力、最佳中间压力、COP以及（火用）效率的变化规律。结果表明:当蒸发温度从-10℃变化到10℃,
【基金项目】
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河北省自然科学基金项目（E2020209121）； 河北省省级科技计划项目（20474501D）；
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在CO2跨临界系统中,用透平膨胀机替代节流阀可以减少节流损失,提高系统性能。对透平膨胀机进行尺寸优化设计,可以提高其等熵效率。为提高跨临界CO2制冷循环的性能,提出了冲动式透平膨胀机（ITE）改进方案,该方案可以在回收膨胀功的同时实现双级压缩,对相应的制冷循环进行了热力学性能研究,获得了该循环最佳高压压力、最佳中间压力、COP以及（火用）效率的变化规律。结果表明:当蒸发温度从-10℃变化到10℃,气体冷却器出口温度从32℃变化到50℃时,改进ITE制冷循环的COP相对基本制冷循环、回热制冷循环和传统ITE制冷循环分别提高了40.9%-44.1%、34.7%-39.0%和24.6%-29.5%。对透平膨胀机喷嘴进行了初步设计,并对不同扩散角喷嘴内跨临界CO2两相流动进行了数值模拟研究。结果表明:流体进入喷嘴后压力降低,扩散角越大,流体在喷嘴内的压降越大;速度在喉口处迅速增加,喷嘴出口处速度达到最大值约为278m/s;流体相变的起点在喉口之前,喷嘴出口气体体积分数在84%-94%之间,扩散角越大,出口干度越大;流体的质量流量和喷嘴出口处速度随着喷嘴扩散角的增加而增大。对透平膨胀机叶轮进行了初步设计和数值模拟优化研究,分析了叶轮内温度、速度、压力、气体体积分数的分布规律及叶轮叶片参数对透平膨胀机性能的影响。结果表明:随着叶片角度和叶片外径增大,质量流量和膨胀机等熵效率均呈现出先增大后减小的趋势。本研究对跨临界CO2制冷循环的改进,对膨胀机喷嘴、叶轮的优化设计具有一定的参考价值,为透平膨胀机的性能提升提供了研究思路。图42幅;表2个;参88篇。
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