氨/二氧化碳(Ｒ717 /Ｒ744,NH3 /CO2 ) 复叠式制冷循环系统的使用为制冷剂替代探索了一条可行之路。而本文在对NH3 /CO2复叠式制冷循环系统的热力功能进行理论分析计算的基础上，去探讨低温端蒸发温度、冷凝蒸发器内传热温差、低温端冷凝温度及高低温端质量流量比与系统COP的相关性，为NH3 /CO2复叠式制冷系统的设计和优化提供理论依据。
NH3 /CO2复叠式制冷系统广泛适用于水产品加工、肉类加工、调理食品、冰激凌、乳制品生产加工和远洋渔船等低温冷藏及速冻系统。此复叠式系统由高温级和低温级两部分组成，高温级使用NH3作为制冷剂，低温级采用CO2作为制冷剂。
如图1所示，复叠式循环的高、低温级各自成为一个以单一工质作为制冷剂的系统，两个系统之间通过冷凝蒸发器相连。冷凝蒸发器既是高温级的蒸发器，又是低温级的冷凝器。NH3 /CO2复叠式制冷系统的高温级NH3制冷剂只在机房、设备间使用，无效地减少了充注量，提高了系统的安全性。低温级CO2的运转压力大大高于传统的制冷系统，压缩机、换热器等设备均采用高压设计。
2、研究方法
2．1 数学模型
NH3/CO2复叠式制冷循环T－S示意图见图2。
整个系统由高温级循环(图中6－7－8－9－10－6) 和低温级循环( 图中1－2－3－4－5－1)组成。为对系统的热力功能进行理论分析，做如下假设:
( 1) 各组成部分呈稳态，能量损失忽略不计;
( 2) 高、低温端的节流过程均为等焓过程;
( 3) 高、低温端的压缩过程均为等熵压缩;
( 4) 不考虑过热、过冷现象。
基于以上假设，根据质量守恒和能量守恒原理，建立NH3 /CO2复叠式制冷循环数学模型。
具体计算公式如下：
2． 2 计算条件
本研究以某工程制冷设备设计参数为依据，NH3 /CO2复叠式制冷系统的工作参数设定如下:
制冷量Q0 =958kW; 高温端蒸发温度为－15℃～0℃ ; 高温端冷凝温度为45℃ ; 低温端蒸发温度为－55℃～－25℃ ; 低温端冷凝温度为－9℃～5℃ ; 冷凝蒸发器中的传热温差为2℃～8℃。具体各工况设定参数见表 1。
2． 3 分析方法
本文在建立NH3 /CO2复叠式制冷循环系统 数学模型的基础上，对循环系统的COP及高低端质量流量比 (mH /mL ) 进行理论计算; 采用SPSS20.0软件对计算出的各参数进行相关性分析，查明低温端蒸发温度( T1 ) 、冷凝蒸发器内传热温差( △t) 、低温端冷凝温度( T3 ) 及mH /mL对COP 的影响，并建立mH /mL 与 COP 间的计算关系式。
3、计算结果与分析基于数学模型，结合计算条件，将计算出的 NH3 /CO2复叠式制冷循环参数列于表 1。以表1中各工况的计算数据为依据，对T1、△t 、T3、mH / mL与COP的相关性进行了分析，得出变量间的 Spearman 秩相关系数及显著性，示于表2中。下面分别就不同参数对 COP 的影响进行分析。
3． 1 低温端蒸发温度 T1 的影响
由表2 中的数据可知，低温端蒸发温度T1与COP之间相关系数的绝对值大于0.5 且显著性水平为0.000，证明两者之间存在显著的正相关性。而 T1 与高低端质量流量比 mH /mL 存在显著的负相关性( 相关系数为－0.703) 。
图3为工况1－7中 COP和 mH /mL 随 T1 的变化情况。从图中可观察到 T1 的增大使 COP升高、mH /mL 减小， 这与相关性分析结果一致。T1 在－55℃～－25℃范围内变化时，COP从 1.445361 增大至2.640041，增长了近一倍，可见增大低温端蒸发温度可显著提升系统COP。制冷剂质量流量的大小表征着系统安装的规模，而高低端质量流量 比则反映了高低端安装的相对大小。结合表 1 和 图 3 的数据分析，T1 的增大使mH、mL及mH /mL均有所减小,系统规模缩小。
3． 2 冷凝蒸发器内传热温差△t 的影响
分析表 2 数据可知,冷凝蒸发器内传热温差 △t 与COP 在 0. 05 水平上呈现显著的负相关性，而与mH /mL不存在显著的相关性。图4示出了工况 8－14 中系统的 COP 和 mH /mL 随△t 的变化规律。图中数据显示，COP随着△t 的增大而 降低，mH /mL 随着△t 的增大有轻微的添加。可见，在其他参数一定的情况下，添加冷凝蒸发器内的传热温差会降低系统 COP。无论是从表 2 还是图4中的数据分析，△t 对 mH /mL 的影响均不 显著。
3． 3 低温端冷凝温度T3的影响
表2中同样也示出了低温端冷凝温度T3与COP、mH /mL 的相关性。T3与系统COP 之间的 Spearman秩相关系数为0.279，显著性水平为 0.220( 远大于0.05) ,可见两者无显著相关性。T3与mH /mL之间在0.05 的水平上存在显著负相关性( 相关系数为－0.492，显著性水平为0.023) 。COP 和mH /mL随 T3 的变化绘制于图 5 中。由图5可知，当T3在－9℃～3℃ (工况15－21) 范围内增大时，COP 依次经历了减小、增大、再减小的过程，在－1℃～3℃间取得极大值。因而，低温端冷凝温度应取为COP 出现极大值时对应的值。而mH /mL 规律地随T3的增大而减小，这与相关性分 析结果相对应。
3． 4 高低温端质量流量比mH /mL 的影响
由表2可知，高低端质量流量比mH /mL与COP之间的相关系数为－0.852，其绝对值接近于1，且显著性水平为 0.000。由此可见，mH /mL与 COP 之间存在显著的负相关关系。图6给出了COP 随mH /mL的变化情况。为了更好地量化mH /mL对COP的影响，将数据进行线性拟合，得到以下关系式: COP = 7.944－21.755mH /mL ( 7) 现将拟合直线绘制于图6中。如图所示，拟合数据能较好地反映COP随mH /mL 的变化趋势及两者间的数值关系。
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