雙級壓縮制冷循環是將系統制冷工質的壓縮過程分兩個階段來進行，從而降低系統排氣溫度與壓縮比，經節流閥節流進入蒸發器中的低溫低壓制冷劑蒸發吸熱后進入低壓壓縮機，壓縮至中間壓力排出與來自中間冷卻器的制冷劑混合降溫后，進入高壓級壓縮機壓縮，最后排入冷凝器被降溫冷凝成液體。根據雙級壓縮的階段性，雙級壓縮制冷系統可布置兩臺壓縮機，一臺為低壓級壓縮機，一臺為高壓級壓縮機；也可只布置一臺壓縮機，一部分氣缸作為高壓缸，另一部分氣缸作為低壓缸，這類的雙級壓縮系統成為單機雙級壓縮制冷循環。
雙級壓縮制冷系統按系統冷卻方式與節流次數的不同，主要分為四種類型即：一次節流中間完全冷卻與一次節流中間不完全冷卻系統；二次節流中間完全冷卻與二次節流中間不完全冷卻系統。壓焓圖見下表
節能減排，對制冷系統可以從下幾個方面進行考慮：
1、 回熱器性能對制冷系統節能以及運行穩定性的影響：為提高制冷系統運行效率以及能源利用率，常采用回熱循環，因此回熱器效率在一定程度上影響制冷系統性能
2、 制冷設備換熱效率的提高以及結構的改進：制冷系統運行時為帶走系統冷凝熱以及消除系統熱負荷，系統換熱設備需要較大的換熱面積導致系統換熱設備體積較大，占用空間大，給后期的維護帶來一定的不便，因此在提高系統換熱設備換熱效率，改進換熱器結構，減小換熱設備體積等方面進行進一步的研究。
3、 可再生能源的應用：
雙級壓縮系統的仿真計算
雙級壓縮制冷循環P-h圖圖2-3所示。根據質量守恒與能量守恒定律建立雙級壓縮制冷系統熱力學模型，主要計算公式如下：
采用EES軟件對升級壓縮系統熱力學模型編寫計算機程序對R404A單機雙級壓縮制冷系統進行計算，計算流程框圖2-4所示，并與實驗結果對比驗證其可靠性。
蒸發溫度對壓縮機性能的影響
當冷凝溫度為28℃，蒸發溫度從-40℃降低到-60℃時，蒸發溫度對系統性能的影響見圖2-5～圖2-7，從仿真與實驗結果中可以看出壓縮機的排氣溫度隨著蒸發溫度的降低呈增大趨勢，且隨著蒸發溫度的降低兩者之間的差值從2℃逐漸增大至15℃，其原因在于1、壓縮機的排氣溫度主要受壓縮比的影響，在保持冷凝溫度不變的前提下，隨著蒸發溫度的降低，壓縮機低壓級壓縮比與高壓級壓縮比逐漸增大如圖2-6所示，壓縮機運行工況變得惡劣，導致壓縮機的排氣溫度隨著蒸發溫度的降低逐漸上升2、在對雙級壓縮制冷系統進行模擬時，為使模擬計算簡化而沒有考慮系統的不可逆損失，在壓縮機進行實際運行工作時這種不可逆的損失必將轉化為熱量導致排氣溫度的上升，以及由于蒸發溫度的降低導致制冷劑流量的降低，使得系統運動部件不能夠及時得到更好的冷卻，從而導致差值逐漸增大，從兩者的結果來看模擬計算值與實驗結果基本吻合，其偏差在工程允許的波動范圍之內。模擬計算過程中采用比例法來確定中間溫度使得高低壓壓縮比相等，在實際運行過程中由于實驗臺采用的手動調節閥，且無相應的控制算法與控制程序進行調節，控制精度相對較差，導致模擬計算高低壓壓縮比與實際運行結果有一定的誤差如圖2-6所示。
從仿真結果與實驗結果可以看出單位壓縮機軸功率隨著蒸發溫度的增大呈現上升后逐漸降低的趨勢，當蒸發溫度分別為-60℃與-40℃時，壓縮機功率達到最小值與最大值。壓縮機單位壓縮軸功率主要受系統壓縮比的因素影響；當蒸發溫度降低時雙級壓縮制冷系統高壓級與低壓級壓縮比逐漸增大，高壓級壓縮機與低壓級壓縮機單位壓縮軸功率逐漸增大。而制冷系統在運動部件之間的摩擦等因素導致仿真計算結果與實驗結果存在一定偏差。
冷凝器溫度對系統性能的影響
當蒸發溫度為-55℃，冷凝溫度從12℃上升到32℃時，冷凝溫度對制冷系統性能的影響如圖2-8～圖2-10所示，可以看出壓縮機的排氣溫度以及單位壓縮軸功率均隨著冷凝溫度的增大呈上升的趨勢，其主要原因在于冷凝溫度的上升導致系統高低壓壓縮比的增大。當冷凝溫度從12℃上升到32℃時，壓縮機排氣溫度的仿真結果與實驗結果偏差范圍為4.5-15℃，系統單位高壓級與低壓級的壓縮比的實驗結果與仿真結果并不相等，表明制冷系統并沒有按照比例法確定的中間溫度下運行，這在一定程度上加大了兩者之間的偏差。
制冷系數的對比分析
制冷性能系數是制冷系統能源利用效率一項重要技術經濟指標。制冷性能系數越大，表示制冷系統運行經濟越高。從圖2-11與圖2-12中可以看出當蒸發溫度從-40℃降到-60℃時，制冷COP降低了31%，實驗結果與仿真測試偏差絕對值為0.46-0.782；當冷凝溫度從12℃上升到32℃時，COP下降了27.6%，實驗結果與仿真測試偏差范圍在0.3-0.36之內。制冷系統在運行過程中制冷劑在管道內流動時并不是一個理想過程而具有一定的壓降，在進行模擬計算時忽略了這些問題，必然導致模擬值與實驗值存在一定的偏差。
中間溫度對排氣溫度的影響
壓縮機排氣溫度變化趨勢如圖3-1所示，從模擬結果與實驗結果來看中間溫度對壓縮機排氣溫度影響較小。
中間溫度對中間換熱量的影響
中間冷卻器有壓縮機之肺之稱，具有降低壓縮機排氣溫度，提高蒸發器換熱效率以及起到一定的油分離等功能。它的冷卻效果與可靠性直接影響到壓縮機的氣動性能與整機效率，對雙級壓縮制冷的安全運行以及對制冷系統運行狀態的優化極為重要。中間溫度對中間冷卻器換熱量的影響如圖3-2所示，模擬結果與實驗結果均呈現隨著中間溫度的上升，中間換熱量逐漸減少的趨勢，當中間溫度從-26℃增大至-10℃時，中間換熱量減小了36%。中間換熱量隨中間溫度的增加而降低的原因在于，在中間冷卻器冷卻面積一定的情況下，隨著中間溫度的增加，降低了制冷劑的傳熱溫差，傳熱效果變差，從而導致中間換熱量減小，由于在進行模擬計算時，忽略了制冷劑在中間冷卻器中的沿程壓力損失，導致了模擬結果與實驗結果具有一定的偏差。
中間溫度對單位換熱量的影響
雙級壓縮制冷系統中間溫度對單位制冷量的影響：在低溫工況下，雙級壓縮制冷循環單位制冷量隨中間溫度的增大而減小，實驗值與模擬計算之間的偏差保持在10%左右。其原因在于隨著中間溫度的上升，中間冷卻器中間換熱量降低，制冷劑過冷后的溫度增大，改變節流閥節流狀態，制冷劑經膨脹閥節流后的焓值增加，導致制冷量的降低。由于系統采用擱架式蒸發器，蒸發盤管流程較長沿程損失較大，且制冷劑在盤管中蒸發吸熱變成蒸汽后后占用一部分傳熱面積，抑制傳熱效果，導致模擬值與實驗值之間的差異。
中間溫度對壓縮機功率的影響
隨著制冷系統中間溫度的增大，壓縮機功率呈線性減小。一方面低壓級單位壓縮軸功率隨著中間溫度的增大而增大；另一方面高壓級單位壓縮軸功率會降低，同時由于系統高低壓質量流量比的影響，高壓級比功減小的比例大于低壓級比功增加的比例，導致系統單位壓縮軸功率會隨著中間溫度的增加而減小。由于壓縮機內部運動部件之間的摩擦，以及中間冷卻器采用熱力膨脹進行系統調節，當中間溫度逐漸降低時，手動膨脹閥前后壓差增大，導致高低壓質量流量比同比增加率增大，導致兩者之間的偏差逐漸增大。
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