自然工質(zhì)熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析
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【摘要】:熱泵是一項(xiàng)高效節(jié)能技術(shù),但由于其輸出溫度一般較低,限制了熱泵的應(yīng)用范圍,因此開(kāi)展中高溫?zé)岜眉夹g(shù)的研究,提高輸出溫度,有助于擴(kuò)大熱泵的應(yīng)用范圍。并且由于目前熱泵的常用氟利昂工質(zhì)易導(dǎo)致臭氧層破壞和溫室效應(yīng)問(wèn)題,急需尋求環(huán)境特性友好和循環(huán)性能高的中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)。因此本文開(kāi)展中高溫領(lǐng)域的自然工質(zhì)熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析,對(duì)于提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。作為一種自然工質(zhì),CO_2由于良好的循環(huán)特性和環(huán)保特性,成為目前熱門(mén)的替代工質(zhì)。并且由于CO_2的臨界溫度較低,因此在CO_2循環(huán)中通常采用跨臨界循環(huán)。對(duì)單級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)熱泵的供熱量、性能系數(shù)、壓縮機(jī)排氣和運(yùn)行壓力的理論分析及調(diào)節(jié)特性和循環(huán)性能的實(shí)驗(yàn)研究表明:單級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)熱泵在中高溫領(lǐng)域應(yīng)用存在循環(huán)性能系數(shù)較低、壓縮機(jī)排氣超溫危險(xiǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行壓力過(guò)高等問(wèn)題。為解決以上問(wèn)題,開(kāi)展雙級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)熱泵的研究。以中間完全冷卻雙級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)熱泵為例,通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),雙級(jí)壓縮和單級(jí)壓縮同樣存在使循環(huán)性能系數(shù)最大的最優(yōu)壓力。雙級(jí)壓縮有效提高了循環(huán)的性能系數(shù),在本文工況范圍內(nèi),性能系數(shù)提高23%~40%,有效降低了壓縮機(jī)運(yùn)行壓力比,并解決了單級(jí)壓縮循環(huán)存在的排氣超溫危險(xiǎn)問(wèn)題,在本文工況范圍內(nèi),排氣溫度最高不到83℃。但同時(shí)也限制了熱泵系統(tǒng)的輸出溫度,使系統(tǒng)不適用于高溫領(lǐng)域。為使自然工質(zhì)熱泵循環(huán)能有效應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域,并考慮到自然工質(zhì)R290在工程中應(yīng)用的實(shí)際效果,本文提出一種雙級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)和單級(jí)壓縮R290循環(huán)的二元復(fù)疊熱泵系統(tǒng)。對(duì)此復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果表明其輸出溫度在該熱泵系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)兩次加熱后得到梯級(jí)升溫,系統(tǒng)可高效應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域。為進(jìn)一步提高該熱泵系統(tǒng)的循環(huán)性能,針對(duì)節(jié)流損失和復(fù)疊溫差問(wèn)題,研究了膨脹機(jī)在雙級(jí)壓縮CO_2跨臨界循環(huán)側(cè)和回?zé)崞髟趩渭?jí)壓縮R290循環(huán)側(cè)的應(yīng)用。用膨脹機(jī)替代CO_2側(cè)低壓級(jí)節(jié)流閥,在本文工況范圍內(nèi),性能系數(shù)增大8.6%~12.5%,膨脹回收功最高占總耗功的6.5%,僅在R290側(cè)加入回?zé)崞鲗?duì)系統(tǒng)性能的提高效果有限,在過(guò)熱度為10℃,性能系數(shù)提高1.3%。
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【學(xué)位授予單位】:華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類(lèi)號(hào)】:TH38
【目錄】:
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第1章 緒論10-15
- 1.1 課題背景與意義10-11
- 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)11-14
- 1.2.1 中高溫?zé)岜脟?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
- 1.2.2 CO_2工質(zhì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
- 1.2.3 R290工質(zhì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
- 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容14-15
- 第2章 單級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究15-32
- 2.1 單級(jí)壓縮CO_2熱泵循環(huán)15-16
- 2.2 單級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)理論分析16-20
- 2.2.1 單級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)16-17
- 2.2.2 循環(huán)性能分析17-20
- 2.3 單級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究20-31
- 2.3.1 單級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置介紹20-26
- 2.3.2 實(shí)驗(yàn)研究目的、內(nèi)容與步驟26
- 2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析26-31
- 2.4 本章小結(jié)31-32
- 第3章 CO_2/R290跨臨界雙級(jí)壓縮帶復(fù)疊循環(huán)32-46
- 3.1 雙級(jí)壓縮CO_2跨臨界熱泵循環(huán)32-37
- 3.1.1 循環(huán)介紹32-33
- 3.1.2 循環(huán)熱力學(xué)模型33-35
- 3.1.3 結(jié)果分析35-37
- 3.2 CO_2/R290跨臨界雙級(jí)壓縮帶復(fù)疊循環(huán)37-45
- 3.2.1 循環(huán)介紹38-39
- 3.2.2 循環(huán)熱力學(xué)模型39-40
- 3.2.3 循環(huán)計(jì)算分析40-45
- 3.3 本章小結(jié)45-46
- 第4章 CO_2/R290跨臨界雙級(jí)壓縮帶復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)46-55
- 4.1 假設(shè)條件46
- 4.2 帶CO_2膨脹機(jī)的CO_2/R290跨臨界雙級(jí)壓縮帶復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)46-51
- 4.2.1 循環(huán)介紹46-47
- 4.2.2 循環(huán)熱力學(xué)模型47-49
- 4.2.3 結(jié)果分析49-51
- 4.3 帶R290回?zé)崞鞯腃O_2/R290跨臨界雙級(jí)壓縮帶復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)51-54
- 4.3.1 循環(huán)介紹51-52
- 4.3.2 熱力學(xué)分析52-53
- 4.3.3 結(jié)果分析53-54
- 4.4 本章小結(jié)54-55
- 第5章 結(jié)論與展望55-57
- 5.1 結(jié)論55-56
- 5.2 工作展望56-57
- 參考文獻(xiàn)57-61
- 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況61-62
- 致謝62
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,本文編號(hào):521110
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