【摘要】：對空氣源熱泵熱水器的換熱性能進行相關研究尤為重要。這是因為空氣源熱泵熱水器不僅安全,能夠達到節(jié)約能源的目的,而且安裝使用方便、對環(huán)境無污染,更重要的是它還具有使用范圍廣,使用壽命長以及維護費用低等優(yōu)點。通常來說,制冷工質的特性和冷凝器換熱效果的好壞在某種程度上決定了空氣源熱泵熱水器的換熱性能的好壞。螺旋套管換熱器具有結構緊湊、制造簡單、價格便宜以及傳熱強度高等優(yōu)點,充分研究螺旋套管換熱器的凝結換熱過程具有重要的意義。尤其是在制冷劑替代過程中,螺旋套管環(huán)形空間制冷劑的換熱系數準確性更是研究新型替代制冷劑凝結換熱性能所必需的關鍵參數之一。在當今社會,由于世界環(huán)保意識的提高,人們對制冷劑是否環(huán)保極為重視。就目前而言,R134a是最理想的替代R22的制冷劑。即使如此,兩者的熱物性并不相同,因此,對R134a的換熱性能及壓降特性進行研究對改進原有系統(tǒng)設備,研究、開發(fā)新的系統(tǒng)設備具有極為重要的意義。本文以R134a為工質,對空氣源熱泵熱水器采用螺旋套管冷凝器時的換熱性能與系統(tǒng)的運行性能進行實驗研究。測試了循環(huán)加熱情況下,螺旋套管冷凝器的總換熱量、總換熱系數、壓縮機吸、排氣壓力,系統(tǒng)輸入功率,制熱量,制熱系數等隨冷凝器循環(huán)水流量及冷凝器入口水溫的變化情況;同時,還測試了直流穩(wěn)態(tài)情況下,當冷凝器入口水溫一定時,螺旋套管冷凝器的總換熱量、總換熱系數、壓縮機吸、排氣壓力、系統(tǒng)輸入功率等隨冷凝器進水流量的變化情況。(1)水流循環(huán)加熱時,冷凝器進水流量一定,隨著入口水溫的升高,冷凝器總換熱量減小,而總換熱系數增大,壓縮機吸、排氣壓力和輸入功率也是增大的,熱泵系統(tǒng)的制熱量和制熱系數卻隨入口水溫的增大而減小。當螺旋套管冷凝器的進水流量為1.19m3/h,冷凝器的入口水溫由25.2℃升高至63℃時,冷凝器的總換熱量由7041.79W減小至2847.39W,總換熱系數由1184.12W/(m2·K)增大至1643.21 W/(m2·K),吸氣壓力由0.34MPa升高至0.38MPa,排氣壓力由0.77MPa升高至2.00MPa,系統(tǒng)輸入功率由1040W升高至2100W,系統(tǒng)的制熱性能系數COP由4.4減小到1.2,制熱量則由1387.83W減小為667.14W。(2)水流循環(huán)加熱,冷凝器入口水溫一定時,隨著進水流量的增大,冷凝器總換熱量和總換熱系數均增大,壓縮機吸、排氣壓力和系統(tǒng)輸入功率則是減小的,熱泵系統(tǒng)的制熱量和制熱系數隨進水流量的增大而增大。當入口水溫保持在24℃,螺旋套管冷凝器的進水流量由1.19m3/h增大至2.16m3/h時,冷凝器的總換熱量由4025.72W增大到7565.71W,總換熱系數由1472.03 W/(m2·K)增大到3956.29 W/(m2·K),吸氣壓力由0.36MPa下降至0.35MPa,排氣壓力由1.38MPa下降至1.27MPa,系統(tǒng)輸入功率由1488.67W減小到1423.75W,系統(tǒng)的制熱性能系數COP由2.5升高至3.0,制熱量則由986.90W增大到1087.06W。(3)直流穩(wěn)態(tài)條件下,當冷凝器入口水溫一定時,隨著進水流量的增大,螺旋套管冷凝器總換熱量和總換熱系數是增大的,壓縮機吸、排氣壓力和系統(tǒng)輸入功率隨冷凝器進水流量的增大反而降低。當入口水溫保持在22℃,螺旋套管冷凝器的進水流量由0.26 m3/h增大至0.71 m3/h時,螺旋套管冷凝器的總換熱量由3614.24W增大至4165.96W,總換熱系數由1999.03 W/(m2·K)增大至2835.92W/(m2·K),壓縮機吸氣壓力由0.32MPa下降至0.30MPa,排氣壓力由0.84MPa下降至0.62MPa,系統(tǒng)輸入功率由1040W減小到920W。本文通過對螺旋套管冷凝器的換熱性能及熱泵運行性能進行實驗研究及理論分析,得到螺旋套管冷凝器換熱性能及熱泵運行性能與冷凝器入口水溫及進水流量的變化關系,該研究有望為制冷劑替代中換熱器的優(yōu)化設計與熱泵熱水器的節(jié)能運行提供參考。
[Abstract]:It is very important to study the heat transfer performance of the air source heat pump water heater. This is because the air source heat pump water heater is not only safe and energy-saving, but also easy to install and use, no pollution to the environment. More importantly, it has the advantages of wide range of use, long service life and low maintenance costs. The characteristics of refrigerant and the heat transfer effect of condenser determine the heat transfer performance of air source heat pump water heater to a certain extent. Spiral tube heat exchanger has the advantages of compact structure, simple manufacture, low price and high heat transfer intensity. Especially in the process of refrigerant substitution, the accuracy of heat transfer coefficient of spiral tube annular space refrigerant is one of the key parameters necessary to study the condensation heat transfer performance of a new type of alternative refrigerant. Even so, the thermal and physical properties of R134a and R22 are not the same. Therefore, it is very important to study the heat transfer performance and pressure drop characteristics of R134a for improving the original system equipment, researching and developing new system equipment. The total heat transfer capacity, total heat transfer coefficient, suction and exhaust pressure of the compressor, input power of the system, heat production coefficient and heat production coefficient of the condenser are tested. The total heat transfer capacity, total heat transfer coefficient, suction and exhaust pressure of the compressor, and the input power of the system are measured when the inlet water temperature of the condenser is constant under the condition of DC steady state. (1) When the water flow is circulated, the inlet water flow of the condenser is constant, and with the inlet water temperature rising, the total heat transfer coefficient of the condenser is changed. When the inlet water temperature of the spiral tube condenser increases from 25.2 C to 63 C, the total heat transfer coefficient decreases. The total heat transfer coefficient increases from 1184.12 W / (m2 K) to 1643.21 W / (m2 K), the suction pressure rises from 0.34 MPa to 0.38 MPa, the exhaust pressure rises from 0.77 MPa to 2.00 MPa, the input power rises from 1040 W to 2100 W, the thermal performance coefficient COP decreases from 4.4 to 1.2, and the heat production decreases from 1387.83 W to 667.14 W. W. (2) When the inlet water temperature of the condenser is constant, the total heat transfer capacity and total heat transfer coefficient of the condenser increase with the increase of the inlet water flow rate, while the suction, exhaust pressure and input power of the compressor decrease. The heat production and heating coefficient of the heat pump system increase with the increase of the inlet water flow rate. When the inlet flow rate of the spiral tube condenser increases from 1.19 m3/h to 2.16 m3/h, the total heat transfer capacity of the condenser increases from 4025.72 W to 7565.71 W, the total heat transfer coefficient increases from 1472.03 W /(m2.K) to 3956.29 W /(m2.K), the suction pressure decreases from 0.36 MPa to 0.35 MPa, the exhaust pressure decreases from 1.38 MPa to 1.27 MPa, and the system input power decreases from 1488.67 W to 1 956.29 W /(m2.K). At 1423.75W, the COP of the system increases from 2.5 to 3.0, and the heat of the system increases from 986.90W to 1087.06W. (3) When the inlet water temperature of the condenser is constant, the total heat transfer capacity and the total heat transfer coefficient of the spiral sleeve condenser increase with the increase of the inlet water flow rate. When the inlet water temperature is kept at 22 C and the inlet water flow rate of the spiral tube condenser increases from 0.26 m3/h to 0.71 m3/h, the total heat transfer capacity of the spiral tube condenser increases from 3614.24 W to 4165.96 W, the total heat transfer coefficient increases from 1999.03 W /(m2.K) to 2835.92 W /(m2.K), and the suction pressure of the compressor increases from 0.32 MP. A decreases to 0.30 MPa, the exhaust pressure decreases from 0.84 MPa to 0.62 MPa, and the input power of the system decreases from 1040 W to 920 W. In this paper, the heat transfer performance of the spiral tube condenser and the operation performance of the heat pump are studied experimentally and theoretically. The research is expected to provide reference for optimum design of heat exchanger and energy-saving operation of heat pump water heater in refrigerant substitution.
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU822

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本文編號：2247200