復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵系統(tǒng)的特性研究
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【摘要】:針對(duì)常規(guī)空氣源熱泵在低溫環(huán)境下不能滿(mǎn)足中高溫加熱的需求,本文提出了一種可適應(yīng)較大加熱水溫和環(huán)境溫度變化的復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵系統(tǒng),在復(fù)雜的變工況條件下,機(jī)組兩壓縮機(jī)都運(yùn)行在壓縮機(jī)安全運(yùn)行界限內(nèi),機(jī)組可安全高效運(yùn)行。通過(guò)設(shè)置雙通道式翅片管蒸發(fā)器和三通道殼管套管式冷凝蒸發(fā)器,該系統(tǒng)的低溫級(jí)循環(huán)和高溫級(jí)循環(huán)相對(duì)獨(dú)立,該熱泵機(jī)組可復(fù)疊運(yùn)行、單級(jí)單獨(dú)運(yùn)行、單級(jí)聯(lián)合運(yùn)行等多種運(yùn)行模式,從而滿(mǎn)足不同的工況和用戶(hù)需求。基于壓縮比2-8、排氣溫度小于110℃、冷凝溫度大于20℃的單級(jí)循環(huán)運(yùn)行界限,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了熱力計(jì)算分析,確定了系統(tǒng)兩單級(jí)循環(huán)運(yùn)行范圍。熱力分析結(jié)果表明,蒸發(fā)溫度較低,單級(jí)循環(huán)最高冷凝溫度較低,且隨蒸發(fā)溫度降低,最高冷凝溫度逐漸減小;中間溫度對(duì)復(fù)疊熱泵循環(huán)運(yùn)行界限影響較大,當(dāng)該復(fù)疊熱泵以以最佳制熱能效比對(duì)應(yīng)的中間溫度運(yùn)行時(shí),其安全運(yùn)行范圍較小,在合適范圍內(nèi),以恒定中間溫度的方式運(yùn)行,可明顯擴(kuò)大復(fù)疊熱泵循環(huán)的運(yùn)行界限;固定中間溫度20℃進(jìn)行熱力計(jì)算,得到該復(fù)疊熱泵循環(huán)運(yùn)行范圍為:低溫級(jí)循環(huán)蒸發(fā)溫度-20℃~0℃,高溫級(jí)循環(huán)冷凝溫度40℃~75℃。根據(jù)機(jī)組的設(shè)計(jì)選型,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值建模及仿真計(jì)算,模擬得到該復(fù)疊熱泵循環(huán)的運(yùn)行范圍為:環(huán)境溫度-10℃~12℃,入水溫度35℃~65℃。依據(jù)單級(jí)循環(huán)和復(fù)疊循環(huán)的運(yùn)行界限分析結(jié)果,通過(guò)單級(jí)循環(huán)和復(fù)疊熱泵循環(huán)的切換,該機(jī)組可滿(mǎn)足空氣源熱泵的全部工況要求。隨著入水溫度的降低和環(huán)境溫度的升高,復(fù)疊熱泵循環(huán)制熱能效比增大;復(fù)疊熱泵循環(huán)制熱量只和入水溫度有關(guān),且隨入水溫的的升高而減小。環(huán)境溫度-10℃、進(jìn)水溫度65℃工況下,復(fù)疊熱泵循環(huán)制熱量為11.5kW,制熱能效比為2.05。設(shè)計(jì)工況下,復(fù)疊熱泵循環(huán)中間溫度變化范圍為12℃~15℃,中間溫度越高,制熱量和制熱能效比越大;谝陨戏治,本文分別以制熱量?jī)?yōu)先、制熱能效比優(yōu)先和機(jī)組壽命優(yōu)先為目標(biāo),制定了機(jī)組的三種運(yùn)行策略,并對(duì)比分析了三種運(yùn)行策略的加熱時(shí)間、耗電量和綜合制熱能效比等性能參數(shù)。
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【學(xué)位授予單位】:南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類(lèi)號(hào)】:TU83
【目錄】:
- 摘要5-6
- Abstract6-16
- 主要符號(hào)表16-17
- 1 緒論17-28
- 1.1 課題研究背景及意義17-19
- 1.2 高溫?zé)岜霉べ|(zhì)的研究現(xiàn)狀19-22
- 1.2.1 純工質(zhì)的研究20-21
- 1.2.2 混合工質(zhì)的研究21-22
- 1.3 大溫升熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀22-26
- 1.3.1 多級(jí)壓縮熱泵的研究23-24
- 1.3.2 單級(jí)壓縮自然復(fù)疊熱泵的研究24
- 1.3.3 復(fù)疊式熱泵的研究24-25
- 1.3.4 單、雙級(jí)耦合熱泵的研究25
- 1.3.5 多級(jí)串聯(lián)熱泵的研究25-26
- 1.3.6 組合式熱泵的研究26
- 1.4 高溫?zé)岜孟到y(tǒng)部件的研究現(xiàn)狀26-27
- 1.5 課題的提出和主要研究?jī)?nèi)容27-28
- 2 復(fù)疊式中高溫?zé)岜孟到y(tǒng)的熱力計(jì)算及分析28-51
- 2.1 復(fù)疊熱泵循環(huán)的工質(zhì)篩選30-33
- 2.2 單級(jí)循環(huán)運(yùn)行界限確定33-38
- 2.2.1 R410A循環(huán)運(yùn)行界限確定及性能分析35-36
- 2.2.2 R134a循環(huán)運(yùn)行界限確定及性能分析36-38
- 2.3 復(fù)疊熱泵循環(huán)的運(yùn)行界限確定及熱力性能分析38-46
- 2.3.1 復(fù)疊熱泵循環(huán)中間溫度的分析38-40
- 2.3.2 最優(yōu)制熱能效比的復(fù)疊熱泵循環(huán)40-42
- 2.3.3 中間溫度恒定的復(fù)疊熱泵循環(huán)42-46
- 2.4 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行模式46-49
- 2.4.1 制熱量?jī)?yōu)先的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)運(yùn)行模式47-48
- 2.4.2 制熱能效比優(yōu)先的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)運(yùn)行模式48-49
- 2.5 本章小結(jié)49-51
- 3 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)51-65
- 3.1 系統(tǒng)形式的確定51-53
- 3.2 設(shè)備的選型計(jì)算53-63
- 3.2.1 壓縮機(jī)的選型53-55
- 3.2.2 雙通道翅片管蒸發(fā)器的選型計(jì)算55-60
- 3.2.3 三通道殼管套管冷凝蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算60-61
- 3.2.4 高溫級(jí)冷凝器的選擇61
- 3.2.5 節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)選型61-62
- 3.2.6 管路的設(shè)計(jì)62
- 3.2.7 充注量的確定62-63
- 3.2.8 其他輔助設(shè)備的選型63
- 3.3 復(fù)疊空氣源熱泵熱水機(jī)組設(shè)備表63-64
- 3.4 本章小結(jié)64-65
- 4 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵機(jī)組的仿真模型65-82
- 4.1 模型的建立65-71
- 4.1.1 制冷劑和載冷劑物性的計(jì)算模型65-66
- 4.1.2 壓縮機(jī)模型66-68
- 4.1.3 冷凝器換熱模型68-69
- 4.1.4 蒸發(fā)器換熱模型69-70
- 4.1.5 冷凝蒸發(fā)器換熱模型70-71
- 4.1.6 膨脹閥模型71
- 4.2 模型中相關(guān)參數(shù)的計(jì)算71-74
- 4.2.1 管內(nèi)單相流動(dòng)換熱關(guān)聯(lián)式71-72
- 4.2.2 管內(nèi)冷凝的換熱關(guān)聯(lián)式72
- 4.2.3 管內(nèi)蒸發(fā)的換熱關(guān)聯(lián)式72-73
- 4.2.4 空氣側(cè)換熱對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式73-74
- 4.2.5 析濕系數(shù)的求解74
- 4.3 部件與系統(tǒng)的算法流程74-80
- 4.3.1 蒸發(fā)器的算法流程74-75
- 4.3.2 冷凝器的算法流程75-76
- 4.3.3 冷凝蒸發(fā)器的算法流程76-77
- 4.3.4 單級(jí)循環(huán)算法流程77-78
- 4.3.5 低溫級(jí)定頻的復(fù)疊熱泵循環(huán)算法流程78-79
- 4.3.6 低溫級(jí)變頻的復(fù)疊熱泵循環(huán)算法流程79-80
- 4.4 本章小結(jié)80-82
- 5 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵系統(tǒng)仿真及分析82-98
- 5.1 R134a單級(jí)循環(huán)仿真結(jié)果分析82-85
- 5.1.1 R134a單級(jí)循環(huán)運(yùn)行范圍82-84
- 5.1.2 R134a單級(jí)制熱循環(huán)性能84-85
- 5.2 R410A單級(jí)循環(huán)仿真結(jié)果及分析85-88
- 5.2.1 R410A單級(jí)循環(huán)運(yùn)行范圍86-88
- 5.2.2 R410A單級(jí)制熱循環(huán)性能88
- 5.3 復(fù)疊熱泵循環(huán)仿真結(jié)果及分析88-96
- 5.3.1 復(fù)疊熱泵循環(huán)運(yùn)行范圍89-91
- 5.3.2 復(fù)疊熱泵循環(huán)的性能91-93
- 5.3.3 中間溫度對(duì)復(fù)疊熱泵循環(huán)的影響93-95
- 5.3.4 冷凝蒸發(fā)器面積對(duì)復(fù)疊熱泵循環(huán)的影響95-96
- 5.4 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵的運(yùn)行范圍匯總96-97
- 5.5 本章小結(jié)97-98
- 6 復(fù)疊式中高溫空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行策略分析98-106
- 6.1 制熱量?jī)?yōu)先的運(yùn)行控制策略98-99
- 6.2 制熱能效比優(yōu)先的控制策略99-101
- 6.3 機(jī)組壽命優(yōu)先的運(yùn)行策略101-102
- 6.4 運(yùn)行策略對(duì)比分析102-105
- 6.5 本章小結(jié)105-106
- 7 總結(jié)與展望106-108
- 7.1 主要研究成果106-107
- 7.2 工作展望107-108
- 致謝108-109
- 參考文獻(xiàn)109-113
- 附錄113
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本文編號(hào):1033614
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