超临界二氧化碳放热及膨胀做功特性研究

以热力学、传热学和不可逆过程热力学为理论基础，采用劳伦兹循环节能原理，在现有实验设备的基础上增加新的试验装置，通过理论分析和反复实验验证，对比得出可靠的研究结果。主要创新点如下：

1) 开展了超临界二氧化碳被冷却条件下的换热性能研究，收集自然工质的热物性实测数据，得出二氧化碳的热物性变化规律。研究提出了超临界流体换热的处理原则。针对CO2的物性变化特性，本研究重新定义了二氧化碳的临界点分区。

2)研制了研究超临界二氧化碳换热的实验系统。课题组设计了一种新型的测量流体管内温度的方法，可以有效的解决高压流体的测温与密封的矛盾，使测量准确度大幅度提高。根据以上研究结果设计，制造出超临界二氧化碳换热试验系统，对超临界二氧化碳在管内被水冷却时的换热特性进行了实验研究。通过对大量试验数据的整理和分析，得到影响二氧化碳换热性能重要的参数及其变化规律，并得到含润滑油的超临界CO2在气体冷却器中的换热实验准则方程式。与国内外其它的同类研究比较表明，本课题由实验结果得出的准则关系式可很好的表达超临界CO2在气体冷却器中的换热规律，公式适用的范围较宽，并能很好地表达含润滑油的超临界CO2流体在气体冷却器中的换热规律。

3)利用非平衡过程热力学理论分析了膨胀过程的内部机理，分析CO2超临界流体在膨胀过程中的性质和特性参数。根据对膨胀机中流体膨胀过程的分析，提出超临界CO2膨胀过程相变的处理原则和依据。

4)比较不同形式的膨胀机，并进行了绝热效率预测，进行了不同类型膨胀机在造价、振动、噪声、吸入口控制等因素的对比。提出采用滚动活塞膨胀机选型原则和依据，设计开发二氧化碳膨胀机，选取结构尺寸。对滚动活塞膨胀机进行了热力学和动力学计算，为膨胀机结构设计提供理论依据。

5)根据理论分析，设计开发了新型发明CO2跨临界循环滚动活塞膨胀机，建立了带膨胀机的二氧化碳跨临界制冷循环实验台和二氧化碳膨胀机实验测试系统以及数据采集系统。实验证明所开发的CO2跨临界循环转子式膨胀机在设计工况下，运行平稳，达到设计要求。研究成果填补了国内在二氧化碳自然工质研究领域里的空白，各项技术技术性能指标先进，达到国际先进水平。