本书系统论述了跨临界CO2热力循环的基础理论、系统设计方法、运行特性、性能提升策略及控制优化技术，深入分析了CO2制冷剂的物性特点及其对跨临界热力循环性能的影响机理，剖析了系统关键部件的热力学模型和传热传质特性，阐述了影响系统性能的主要因素及其作用规律，提出了多种提升系统性能的新型循环方案，探索了多种先进控制策略在CO2热力循环系统中的应用。全书理论分析与工程实践相结合，既有深入浅出的学理阐释，又有翔实可靠的实验数据，可为CO2制冷及热泵技术的进一步研究提供系统性的理论指导。

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国家自然科学基金面上项目油气混输增压过程中的相分布特性研究，编号51176144，负责人

目录
前言
主要符号表
第1章绪论1
1.1制冷技术发展历史1
1.1.1氟利昂制冷技术2
1.1.2HFC制冷技术3
1.2下一代制冷剂替代选择及技术发展趋势4
1.2.1HFO类制冷剂发展现状与局限性4
1.2.2HC类制冷剂的优势与应用前景5
1.2.3CO2制冷剂的历史演进与技术突破5
1.3跨临界CO2热力循环发展的若干问题7
1.3.1跨临界CO2热力循环分析理论的适应性8
1.3.2跨临界CO2热力循环的部件设计9
1.3.3跨临界CO2热力循环的运行特性10
1.3.4跨临界CO2热力循环的性能提升12
1.3.5跨临界CO2热力循环的系统控制14
1.3.6跨临界CO2热力循环的应用拓展15
参考文献16
第2章跨临界CO2热力循环20
2.1CO2制冷剂的物性及热力运行特性20
2.1.1CO2制冷剂的物性20
2.1.2CO2制冷剂热力运行特性23
2.2跨临界CO2热力循环特性26
2.2.1CO2热力循环介绍26
2.2.2跨临界CO2热力循环的理论模型28
2.3跨临界CO2热力循环昀优排气压力存在机理31
2.3.1超临界和临界点附近CO2的物性32
2.3.2跨临界CO2热力循环中的高压侧换热夹点33
2.4CO2热力循环的昀优排气压力和性能的影响因素37
2.4.1固定气体冷却器/冷凝器出口温度工况37
2.4.2考虑传热夹点的实际换热工况43
参考文献57
第3章跨临界CO2热力循环系统设计理论58
3.1CO2往复压缩机58
3.1.1几何运动模型58
3.1.2热力过程模型59
3.1.3摩擦功耗模型63
3.2气体冷却器71
3.2.1气体冷却器基本形式71
3.2.2气体冷却器流动及换热特性73
3.3蒸发器81
3.3.1蒸发器基本形式81
3.3.2蒸发器流动及换热特性82
3.4回热器95
3.4.1套管式回热器95
3.4.2板式回热器97
3.5电子膨胀阀99
3.6气液分离器104
3.7系统建模105
参考文献107
第4章跨临界CO2热力循环系统运行特性及优化109
4.1回热量影响特性109
4.1.1可调回热量的热力循环系统模型110
4.1.2回热器质量流量对跨临界CO2热泵性能的影响特性113
4.1.3变出水温度工况下的昀优回热量影响特性116
4.1.4标准工况下的昀优回热量计算118
4.2充注量影响特性121
4.2.1充注量的标注方法122
4.2.2标准充注率及其对CO2热泵热水器的影响特性127
4.2.3全工况跨临界CO2热泵热水器昀佳标准充注率的标定133
4.2.4昀佳标准充注率对气液分离器的设计指导138
4.3跨临界CO2热泵热水器的除霜运行特性139
4.3.1除霜方法139
4.3.2不同参数对逆向除霜方法的影响141
4.3.3逆向除霜方法和热气旁通除霜方法的对比145
4.3.4两种除霜方法的系统性能比较151
参考文献152
第5章跨临界CO2热力循环系统性能提升153
5.1跨临界CO2热力循环系统适应性分析153
5.1.1高回水温度下的跨临界CO2热泵性能衰减153
5.1.2高环境温度下的商超用跨临界CO2制冷系统性能衰减154
5.2双级压缩跨临界CO2热力循环系统155
5.2.1基于中间补气的双级压缩跨临界CO2热力循环分析155
5.2.2中间压力的影响159
5.2.3排气压力的影响160
5.2.4进出水温度的影响160
5.2.5环境温度的影响165
5.3并行式跨临界CO2热力循环系统168
5.3.1并行式跨临界CO2热力循环系统热力学分析169
5.3.2并行式跨临界CO2热力循环系统昀优中间温度172
5.3.3并行式跨临界CO2热力循环系统昀优排气压力176
5.4复合式跨临界CO2热力循环系统182
5.4.1复合式跨临界CO2热力循环系统热力学分析184
5.4.2辅助系统与主系统排气压力的影响186
5.4.3频率配比的影响188
5.5其他方案190
5.5.1喷射器190
5.5.2平行压缩系统191
5.5.3膨胀机192
5.5.4涡流管194
5.5.5热回收系统195
参考文献195
第6章跨临界CO2热力循环系统控制197
6.1跨临界CO2热力循环系统控制方法197
6.2基于极值搜索控制算法的昀优排气压力控制199
6.2.1极值搜索控制算法基本原理199
6.2.2跨临界CO2热力循环系统中的极值搜索控制设计201
6.2.3极值搜索控制实验验证204
6.3多变量极值搜索控制优化在并行式系统中的应用210
6.3.1并行式跨临界CO2热力循环系统中的多变量极值搜索控制参数设计211
6.3.2设计工况下的多变量极值搜索控制214
6.3.3实际环境温度变化工况下的多变量极值搜索控制217
6.4基于连续卡尔曼滤波器的相量预测极值搜索控制算法220
6.4.1控制逻辑与算法220
6.4.2基于相量预测极值搜索控制的排气压力控制优化224
6.4.3基于多变量相量预测极值搜索控制的多参数优化227
6.4.4连续变化环境温度工况下的多变量相量预测极值搜索控制232
6.5基于极值搜索控制优化结果的混合模型预测控制策略236
6.5.1基于多变量极值搜索控制的中间压力内优化策略236
6.5.2MPC算法设计238
6.5.3设计工况下的MPC策略243
6.5.4连续变化环境温度工况下的MPC优化结果244
6.5.5阶跃出水温度工况下的混合MPC策略246
参考文献248
第7章跨临界CO2热力循环的应用与前景展望250
7.1车辆热泵空调250
7.1.1工作原理250
7.1.2应用现状与发展前景255
7.2跨临界CO2热泵热水器257
7.2.1工作原理257
7.2.2应用现状与发展前景258
7.3跨临界CO2热泵烘干259
7.3.1工作原理260
7.3.2应用现状与发展前景261
7.4跨临界CO2商超制冷263
7.4.1工作原理263
7.4.2应用现状与发展前景264
7.5跨临界CO2热力循环在冰雪制冷场馆的应用265
7.5.1工作原理265
7.5.2应用现状与发展前景266
7.6跨临界CO2热力循环在电站储能方面的应用266
7.6.1工作原理267
7.6.2应用现状和发展前景268
7.7跨临界CO2热力循环在其他领域的应用前景269
参考文献270