基于GT-Suite仿真的双跨临界CO 2 并行系统性能分析及优化

发布时间：2021-11-28 16:04

　　能源危机和环境问题促使我国推进冷热能源供应方法改革,其中并行跨临界CO₂制冷与热泵系统是近年间新兴的一种高性能解决方案。本文基于GT-Suite仿真平台,通过模拟和实验方法验证了跨临界CO₂并行系统在冷热综合供应条件下的稳态性能与变工况条件下的实时优化方法。实验结果表明,实验工况下随着中间温度的上升,辅循环性能系数（COP）提升56.7%,主循环COP降低14.6%,系统整体COP表现出先上升再下降的趋势且存在一个最优值。通过极值搜索控制方法,在没有模型预测、实验标定的情况下即可完成系统内最优排气压力及最优中间温度的实时优化控制任务。 

【文章来源】：制冷技术. 2020,40(02)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

并行跨临界CO2循环系统原理

作为跨临界CO2系统的一种形式改造方法，并行系统中主循环与过冷循环的排气压力一定会对系统内主要参数及整体性能产生显著影响，如图2所示。由图2可知，当辅循环排气压力越高以及主循环排气压力越高时，则系统中间温度越低。这是因为辅循环压力越高则对应着更大的制冷/制热量，而主循环的排气压力越高则压缩机实际流量越低，因此均导致中间温度下降。考虑到主循环气体冷却器后的制冷剂继续冷却过程在超临界区完成，因此压力对过冷程度的影响十分剧烈。主循环排气压力与辅循环排气压力均对整体系统的性能系数（Coefficient of Performance,COP）影响较大，但影响规律并不单调。辅循环的压缩机频率对于过冷程度的影响也比较显著，频率越高，过冷程度越大。辅循环压缩机频率、容量、过冷程度和中间温度等对于整体系统的COP影响规律并不明确，具有十分复杂的机制，不利于通过预设最优值计算准则式的方式进行调控。

随着中间温度的上升，辅循环由于变频降速，其功耗与制热量均下降，但由于蒸发压力的提升，辅循环COP明显上升，如图4所示。同时，随着中间温度和蒸发温度的上升，主循环自身的制热量稍有上升，但功耗也轻微上升，基本保持不变，因此制热COP会出现明显下降。此外，随着中间温度的上升，系统整体的制热量减小，总功耗减小，但系统整体COP的先升后降，证实了系统中存在最优中间温度。除系统整体COP之外，可以看出双环并行系统中，随着中间温度的不断上升，主循环的COP不断下降，辅循环的COP不断上升，符合初始的理论分析。


本文编号：3524723