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由于臭氧层的破坏,氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)已被禁止使用。为了减少化学制冷剂对环境的影响,R744作为一种ODP为零、GWP值为1的天然制冷剂,由于性能与合成制冷剂相当,已成为合成制冷剂的重要替代品。但是,R744是一种临界温度较低(31.1℃)、临界压力较高(73.8bar)的工质。在高温环境下,R744不可避免进入跨临界运行,造成大量的节流损失,导致系统COP较低。对于本次研究,为了减少R744制冷系统在高温环境下的节流损失,在常规压缩制冷系统的基础上增加了高压平行压缩机回路和喷射器回路构成平行压缩制冷系统(PCR)和喷射压缩制冷系统(ECR)。为此,建立PCR系统和ECR系统的热力学模型进行理论研究。首先,优化两个系统气体冷却器出口压力、中间节流压力与环境温度的关系;其次,对比分析相同工况下两个系统的性能,找出两个系统COP相等的临界点;最后,根据临界点增加一套对两个制冷模式切换的控制策略,形成了改进后的R744多模式优化控制制冷系统(MMOCR)。它可以根据环境温度的变化,通过自动控制阀切换喷射压缩模式(ECM)和平行压缩模式(PCM),使R744制冷系统在任何环境温度下都能以最高效率运行。在理论研究成果的指导下,设计搭建了 MMOCR系统实验台,并进行实验研究。通过理论分析和实验研究,得出以下主要结论:(1)在一定的环境温度下,R744制冷系统在跨临界运行的时候,存在最佳气体冷却器出口压力使得系统有最大COP。将气体冷却器出口压力与环境温度的关系式写进控制器的程序进行实验测试,结果表明,气体冷却器实际出口温度和压力与理论计算结果的误差分别在13%和17%内。(2)模拟结果表明,随着环境温度的升高,喷射器压比从1.31增加到1.65,引射效率从0.57增加到0.63,出口压力从36.85bar提升到46.47bar,但引射系数从0.56降低到0.44。实验结果表明,随着环境温度的升高,喷射器压比从1.19增加到1.32,出口压力从33.43bar提升到37bar,但引射系数从0.32减少到0.27。此外,在环境温度30℃时,中低温冷冻柜冷量比从1增加到3.5,引射系数从0.26提升到0.39,压比从1.25增加到1.32,所以环境温度和中低温冷量比对喷射器性能影响非常大。(3)模拟结果表明,环境温度从-5℃到35℃,MMOCR系统COP从4.52下降到1.22。在跨临界运行的时候,当环境温度为21.1℃至35℃时,ECR系统COP 比 PCR系统高19.5%到32.6%。但是,当环境温度低于17.32℃时,PCR系统COP开始高于ECR系统。实验结果表明,环境温度从-5℃到35℃,MMOCR系统COP从4.52下降到1.23。在跨临界运行的时候,当环境温度为21℃至35℃时,ECM模式的COP比PCM模式高5.5%到13.1%。在高温环境下,喷射器对于系统性能的提升有着显著效果。