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对于传统的蒸气压缩式制冷循环系统,制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体,在冷凝器中与冷却介质间壁式热交换放出热量,制冷剂与冷却介质间热量传递经过两侧流体的对流换热和冷凝器传热壁面的导热,冷凝器传热壁面材料的特性、材料表面特征等使壁面集聚润滑油、形成污垢,导致热阻增加,传热效率下降,制冷剂与冷却介质间传热温差增加,制冷压缩机的排气温度升高,压力比增大,容积效率降低,制冷压缩机的耗功增多,制冷系统的性能下降。直接接触式冷凝换热和传统表面冷凝换热相比,传热效率高、避免和降低换热面结垢及腐蚀、节省材料、投资成本与运行成本低,同时可在较小的温差下实现高效率的换热。因此本文提出在传统蒸气压缩制冷系统中使压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气与过冷制冷剂液体直接接触冷凝换热的新思路,以期提升冷凝侧换热效率,降低压缩机排气压力,提高制冷循环系统的性能,因此研究直接接触冷凝制冷循环系统具有重要的理论意义和实际应用价值。前期课题组设计了附加冷源式的直接接触冷凝制冷系统,通过理论分析结果表明,较常规制冷系统性能得到提升。如与常规R717/R744复叠式制冷循环的热力性能比较,R717/R744-DCC附加冷源式直接接触冷凝制冷循环最优性能系数可提高5.2%;较常规R290单级压缩制冷循环附加冷源式R290直接接触冷凝制冷循环性能系数可提高7.5%。本文提出了改进的直接接触冷凝制冷循环并据此设计搭建了相关的实验系统,以冷冻冷藏领域常用的制冷剂R404A为工质,理论分析了R404A及其替代工质R454C和R455A单级直接接触冷凝制冷循环、R404A直接接触冷凝制冷循环以及R404A复叠式直接接触冷凝制冷循环的热力学性能,并在蒸发器工作于中温工况下,进行了R404A单级直接接触冷凝制冷循环的性能测试实验,得出如下结论:(1)通过理论分析,在中温工况下,R404A单级直接接触冷凝制冷循环与R404A单级常规蒸气压缩式制冷循环相比,压缩机的平均功耗可降低1.5%,循环的平均COP值可提高1.5%;在低温工况下,压缩机的平均功耗可降低2.1%,循环的平均COP值可提高13.5%。(2)通过理论分析,在中温工况下,两种R404A替代工质R455A和R454C的单级循环性能均不及R404A单级循环;但当采用直接接触冷凝循环时,两种新工质的循环COP值可提高0.7%~2.5%,压缩机排气温度可降低0.2℃~2℃。说明直接接触冷凝制冷循环可以提高R404A新型替代工质的循环性能,拓宽新工质的使用范围。(3)通过理论分析,R404A双级直接接触冷凝制冷循环与R404A双级常规蒸气压缩式制冷循环相比,压缩机平均功耗可降低1.2%,循环的最大COP值可提高0.8%;R404A复叠式直接接触冷凝制冷循环与R404A复叠式常规蒸气压缩式制冷循环相比,压缩机的平均功耗可降低1.5%,循环的最大COP值可提高0.7%。(4)通过实验测试,比较了单级R404A直接接触冷凝制冷循环与常规R404A蒸气压缩式制冷循环在不同供蒸发器冷冻液温度工况以及不同供冷凝器冷却液温度工况的性能。