第1章 绪论 1
1.1自然工质的研究现状与发展趋势 3
1.1.1第一代制冷剂 3
1.1.2第二代制冷剂 4
1.1.3第三代制冷剂 6
1.1.4第四代制冷剂 9
1.2CO2制冷剂的历史回顾与当前进展 11
1.2.1CO2制冷剂的历史回顾 11
1.2.2CO2制冷剂的再开发及研究综述 13
1.3CO2作为制冷剂的综合评价 15
1.3.1制冷剂自然度 15
1.3.2系统效率 18
1.4CO2作为制冷剂面临的竞争形势 18
1.4.1新型的烯烃类人工制冷剂 18
1.4.2CO2作为制冷剂的竞争性 26
1.5本章小结 26
参考文献 27
第2章 CO2跨临界循环的理论分析 33
2.1CO2跨临界循环的特点 33
2.1.1CO2循环的分类 33
2.1.2CO2跨临界循环的最优高压 34
2.2CO2跨临界循环的热力学分析 40
2.2.1CO2跨临界单级、双级循环的热力学分析 41
2.2.2CO2跨临界单级、双级循环的性能比较 51
2.2.3影响CO2跨临界单级、双级循环性能的因素 54
2.3提高CO2跨临界系统COP的途径 55
2.3.1采用内部热交换器 55
2.3.2采用膨胀机代替节流阀 56
2.3.3采用双级压缩 57
2.3.4采用高效CO2跨临界系统部件 58
2.4CO2跨临界水-水热泵循环 60
2.4.1CO2跨临界水-水热泵循环系统 60
2.4.2CO2跨临界水-水热泵循环的数学模型 61
2.5CO2跨临界循环的当量温度分析法 63
2.5.1传统热力学比较方法的缺点 63
2.5.2当量温度分析法的介绍 65
2.5.3当量温度分析法的检验 66
2.5.4用当量温度分析法分析CO2跨临界循环 70
2.6热力学完善度的一般原理 71
2.6.1实际蒸气压缩制冷循环的分析 71
2.6.2热力学完善度的计算方法 72
2.6.3热力学完善度的特性 73
2.6.4当量温度和热力学完善度的关系 74
2.7本章小结 75
参考文献 76
第3章 CO2的热物理性质 78
3.1概述 78
3.1.1CO2的存在 78
3.1.2CO2的来源 78
3.1.3CO2的基本性质 79
3.2CO2的热物理性质和传输性质 83
3.2.1CO2的热力学性质 83
3.2.2超临界CO2流体的性质 86
3.2.3亚临界CO2流体的性质 91
3.3润滑油及含油CO2的性质 95
3.3.1制冷系统对润滑油的要求 95
3.3.2合成润滑油特性分析 96
3.3.3几种合成润滑油的基本特性 96
3.3.4润滑油优选及PAG/CO2混合物性能 99
3.4本章小结 105
参考文献 105
第4章 CO2的换热特性 108
4.1国内外研究综述 108
4.1.1超临界CO2冷却换热特性研究进展 108
4.1.2亚临界CO2两相沸腾换热特性研究进展 115
4.2超临界CO2流动换热特性 120
4.2.1超临界流体的换热 120
4.2.2超临界CO2流体换热的理论分析方法 122
4.2.3超临界CO2流体换热与常规工质凝结换热比较 124
4.2.4不凝性气体对超临界CO2流体的影响 127
4.2.5超临界CO2流体换热关联式 130
4.2.6超临界CO2流体的流动特性 134
4.3亚临界CO2流动沸腾换热特性 138
4.3.1亚临界CO2气泡成核理论 138
4.3.2亚临界CO2管内流动沸腾换热特性 144
4.3.3亚临界CO2管内流动沸腾压降特性 159
4.3.4亚临界CO2管外池沸腾换热特性 162
4.4亚临界CO2管外冷凝换热特性 166
4.4.1管外冷凝换热理论 166
4.4.2管外冷凝换热模型 166
4.5本章小结 167
参考文献 167
第5章 CO2压缩机 177
5.1CO2活塞式压缩机 178
5.1.1活塞式压缩机基本结构和工作原理 178
5.1.2活塞式压缩机结构特点和类型 179
5.1.3CO2活塞式压缩机工作过程数学模型 180
5.1.4CO2活塞式压缩机研究进展 184
5.2CO2滚动转子式压缩机 188
5.2.1滚动转子式压缩机基本结构和工作原理 188
5.2.2CO2滚动转子式压缩机设计 192
5.2.3CO2滚动转子式压缩机不可逆损失模型 198
5.2.4CO2滚动转子式压缩机研究进展 208
5.3CO2涡旋压缩机 209
5.3.1涡旋压缩机基本构成和工作原理 209
5.3.2CO2涡旋压缩机设计 211
5.3.3CO2涡旋压缩机工作过程数学模型 215
5.3.4CO2涡旋压缩机研究进展 224
5.4CO2螺杆式压缩机 227
5.5CO2压缩机标准 228
5.6本章小结 229
参考文献 229
第6章 CO2跨临界循环节流装置和膨胀机 233
6.1CO2跨临界循环节流过程的热力学分析 233
6.1.1CO2跨临界循环节流损失分析 233
6.1.2CO2跨临界循环减小节流损失的方法 236
6.1.3CO2跨临界循环节流过程采用膨胀机的优势与问题 237
6.2普通节流装置 238
6.2.1膨胀阀 238
6.2.2毛细管 239
6.2.3喷射器 240
6.3CO2膨胀过程机理 241
6.3.1CO2临界点现象及亚稳态 241
6.3.2CO2膨胀过程相变平衡的稳定性分析 244
6.3.3CO2膨胀过程的相变延迟分析 245
6.3.4CO2膨胀机内部膨胀机理分析 246
6.4不同形式CO2膨胀机的热力分析与比较 255
6.4.1往复活塞式膨胀机 255
6.4.2涡旋式膨胀机 256
6.4.3螺杆式膨胀机 257
6.4.4滚动活塞式膨胀机 258
6.4.5摆动转子膨胀机 259
6.4.6透平式膨胀机 260
6.4.7不同形式CO2膨胀机的综合对比 261
6.4.8CO2膨胀机研究进展 262
6.5CO2滚动活塞式膨胀机的开发 269
6.5.1CO2滚动活塞式膨胀机仿真 269
6.5.2CO2滚动活塞式膨胀机的结构设计 280
6.5.3CO2膨胀机性能的主要影响因素 285
6.6CO2膨胀-压缩机的设计构思 288
6.6.1膨胀-压缩机的研究进展 288
6.6.2转子式膨胀-压缩机构想 291
6.6.3摆动转子式膨胀-压缩机 292
6.7本章小结 293
参考文献 293
第7章 CO2换热器及附属设备 298
7.1CO2气体冷却器 298
7.1.1CO2气体冷却器的类型 298
7.1.2CO2气体冷却器的模拟计算 302
7.2CO2蒸发器 315
7.2.1CO2蒸发器的类型 315
7.2.2CO2蒸发器的模拟计算 320
7.3CO2回热器 330
7.4附属设备 332
7.4.1储液器 332
7.4.2气液分离器 332
7.4.3油分离器 332
7.5CO2压力容器的安全应力分析 333
7.5.1压力容器的爆破能量 333
7.5.2CO2跨临界循环系统各设备的爆破能量及安全性分析 335
7.5.3提高CO2跨临界循环系统各设备安全性的措施 342
7.6本章小结 344
参考文献 344
第8章 CO2跨临界循环测量仪表及数据采集系统 347
8.1温度的测量 347
8.1.1温度测量的结构 347
8.1.2温度测量的仪器仪表 347
8.2压力的测量 350
8.3流量的测量 352
8.3.1速度式流量计 352
8.3.2质量流量计 353
8.4膨胀机的示功图测量 353
8.5可视化观测方法 355
8.5.1CO2系统可视化研究实验装置 356
8.5.2CO2系统膨胀机可视化研究 357
8.5.3CO2系统管外沸腾换热可视化研究 359
8.5.4CO2系统气体冷却器可视化研究 365
8.6数据测量系统 366
8.6.1压力测量系统 366
8.6.2流量测量系统 367
8.6.3温度测量系统 367
8.6.4功率测量系统 367
8.6.5膨胀机的转速测量 368
8.7数据采集和控制系统 368
8.7.1工控机测控系统的硬件设计 368
8.7.2工控机测控系统的软件设计 370
8.7.3运行监测系统 370
8.7.4数据报表 371
8.8本章小结 372
参考文献 372
第9章 CO2跨临界循环的应用研究 373
9.1CO2跨临界循环水-水热泵系统的实验研究 373
9.1.1CO2跨临界循环水-水热泵系统 373
9.1.2CO2跨临界循环水-水热泵实验研究方法 375
9.1.3CO2跨临界循环水-水热泵实验结果及分析 375
9.2CO2跨临界循环空气-水热泵系统的实验研究 377
9.2.1CO2跨临界循环空气-水热泵系统 377
9.2.2CO2跨临界循环空气-水热泵实验研究方法 377
9.2.3CO2跨临界循环空气-水热泵实验结果与分析 379
9.3CO2跨临界循环的应用 381
9.3.1热泵热水机 381
9.3.2商业制冷 383
9.3.3汽车空调 387
9.3.4别墅型热水供暖多用系统 401
9.3.5热泵干燥 403
9.4本章小结 405
参考文献 405
第10章 CO2在复叠式制冷循环中的应用研究 408
10.1复叠式制冷循环热力学分析 408
10.1.1R290/CO2复叠式制冷循环的系统介绍 408
10.1.2R290/CO2复叠式制冷循环的热力计算模型 410
10.1.3R290/CO2复叠式制冷循环的分析 410
10.2提高R290/CO2复叠式制冷循环性能的措施 414
10.2.1采用内部热交换器 414
10.2.2减小冷凝蒸发器的传热温差 418
10.3R290/CO2复叠式制冷循环的应用性比较 419
10.4CO2应用于复叠式制冷循环的现状 421
10.4.1NH3/CO2复叠式制冷循环的研究 421
10.4.2CO2复叠式制冷循环的应用现状 422
10.5本章小结 428
参考文献 428
附录A 制冷剂的物理性质、安全及环保特性 430
附录B 字母缩写说明 439
后记 441