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混合工质变容量热泵系统的理论与实验研究

作　者: 陈斌
导　师: 陈光明
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 混合工质 变浓度 容量调节 空气源热泵
分类号: TU831
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


目前空气热源热泵系统通常通过压缩机的开停进行调节，在冬季较低环境温度下制热时因吸气压力过低，难以提供足够的供热量，从而影响室内环境的舒适性。尽管采用变频压缩机可以进行一定范围的系统制热量调节，但仍不能克服因吸气压力过低所带来的压缩比太高、制热量下降等诸多的问题。混合工质变容量热泵系统采用环境友好的混合工质，通过改变混合工质的成分，来达到调节热泵系统制冷量或制热量的目的，与其他常规的压缩机容量调节和节流元件开度调节等方式相比，混合工质变浓度容量调节附加能量损失少，压缩比小，并可以采用常规的定转速压缩机，具有很好的应用前景。本文从理论和实验两个方面对一种新型混合工质空气源热泵系统进行了研究，主要研究内容如下： 1．综述了混合工质变浓度容量调节系统的发展历史及国内外研究现状，从原理、结构上分析了国内外提出的各类混合工质变容量系统的特点，指出该类方法能被实际应用所需解决的关键问题，在传统的混合工质变浓度容量调节系统的基础上，提出了一种变浓度装置位于系统的低压侧，结构和控制都相对简单的新型变浓度容量调节系统。 2．结合热泵工作温度的范围，按照热力学性能、工质对相对挥发度特性、低温环境下增容能力强弱、环保、安全等方面的要求进行了变容量热泵二元工质对的筛选工作，获得了在理论上较为理想的两对工质对R32／R134a、R32／R227ea，最终采用了R32／R134a作为后续变浓度容量调节研究的循环工质。 3．开发了一套可用于空气源热泵系统性能模拟的软件。对常规定成分空气源热泵系统的冬季运行性能进行了稳态仿真计算，得到了系统主要性能参数随蒸发器进风温度，进水温度、进风风速、进水水量、过热度、相对湿度、蒸发器换热型式、不同节流型式的变化关系，并分析和比较了不同的结构参数对系统性能的影响，得出了提高混合工质系统性能的途径。 4．分析混合工质浓度改变对系统性能的影响，比较变容量系统与常规系统随环境温度变化的不同变化趋势，理论分析出能够进行R32／R134a变容量系统容量随环境温度变化而自行调节的状态量，为系统的自动控制提供理论依据。 5．设计并搭建了新型变浓度容量调节热泵系统实验台，研究了该系统以R32／R134a为工质时变浓度容量调节的实际运行效果，并与纯质R22和定成分混合工质常规热泵系统进行了比较。实验结果初步印证了理论模型的可靠性和该新浙江大学博士学位论文摘要型变浓度容量调节系统的可行性，同时分析出系统设计及运行中存在的问题，为系统以后进一步的改进指明了方向。6.探讨了变浓度容量调节热泵系统的自动控制方式，为这一新型热泵系统走向实用奠定了基础。关键词:混合工质变浓度容量调节空气源热泵

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
主要符号表  7-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-34
  1．1 课题的研究背景及意义  12-14
    1．1．1 热泵的优势  12-13
    1．1．2 热泵使用中的主要问题及解决思路  13-14
  1．2 目前所研究的几种容量调节方法  14-19
    1．2．1 压缩机调节  14-18
      1．2．1．1 压缩机的间歇运行调节  14-15
      1．2．1．2 压缩机变速调节  15-16
      1．2．1．3 压缩机容积量调节  16-17
      1．2．1．4 压缩机进排气侧流量旁通调节  17-18
      1．2．1．5 压缩机吸气压力控制调节  18
    1．2．2 膨胀阀开度调节  18
    1．2．3 外侧换热流体调节  18-19
  1．3 混合工质变容量调节装置的介绍  19-30
    1．3．1 按分离原理分类  19-26
      1．3．1．1 通过简单物理分离调节容量  19-20
      1．3．1．2 通过储液罐间工质液位调整来调节容量  20-22
      1．3．1．3 通过精馏塔来调节容量  22-24
      1．3．1．4 综合方式调节容量  24-26
    1．3．2 按变容量装置位置分类  26-30
      1．3．2．1 在冷凝器出口与膨胀阀进口之间  26
      1．3．2．2 在冷凝器出口与蒸发器进口之间  26-27
      1．3．2．3 在冷凝器出口与压缩机吸气口之间  27-28
      1．3．2．4 在蒸发器出口与压缩机吸气口之间  28-29
      1．3．2．5 其它位置  29-30
  1．4 本文所提出装置的特点及控制方式  30-33
  1．5 本文主要研究工作  33-34
第二章 变容量热泵二元工质对的筛选  34-41
  2．1 工质对的筛选  34-38
    2．1．1 筛选的一般原则  34-37
    2．1．2 工质对相对挥发度方面的校核  37-38
  2．2 讨论  38-40
  2．3 本章小结  40-41
第三章 热泵系统性能模拟  41-66
  3．1 稳态模拟装置及部件  41-42
  3．2 建立各部件的数学模型  42-57
    3．2．1 压缩机模型  42-43
      3．2．1．1 制冷剂流量计算  42-43
      3．2．1．2 功率计算  43
    3．2．2 冷凝器模型  43-47
      3．2．2．1 基本方程  44-47
      3．2．2．2 制冷剂贮存量计算  47
      3．2．2．3 算法流程  47
    3．2．3 毛细管模型  47-49
      3．2．3．1 基本模型  47-49
      3．2．3．2 其它参数的确定  49
      3．2．3．3 算法流程  49
    3．2．4 手动膨胀阀模型  49
    3．2．5 蒸发器模型  49-52
      3．2．5．1 基本方程  50-52
      3．2．5．2 制冷剂贮存量计算  52
      3．2．5．3 蒸发器算法流程  52
    3．2．6 贮液罐模型  52-55
      3．2．6．1 基本方程  53-55
      3．2．6．2 储液器内制冷剂贮存量计算  55
    3．2．7 管道及附件模型  55-56
    3．2．8 物性计算模块  56-57
  3．3 系统循环计算主模块  57
    3．3．1 常规热泵系统模拟流程框图  57
    3．3．2 变容量热泵系统模拟流程框图  57
  3．4 本章小结  57-66
第四章 系统模拟结果分析  66-94
  4．1 常规系统特性  66-81
    4．1．1 相对湿度对系统性能的影响  66-67
    4．1．2 风速、风温高低对系统性能的影响  67-68
    4．1．3 蒸发器出口过热度大小对系统性能的影响  68-70
    4．1．4 水量、进水温度高低对系统性能的影响  70-72
    4．1．5 提高定成分混合工质性能的探讨  72-79
      4．1．5．1 套管冷凝器流道面积调整结果比较  73-75
      4．1．5．2 套管冷凝器长度改变结果比较  75-76
      4．1．5．3 蒸发器管径大小、进液管路数改变结果比较  76-79
    4．1．6 定成分系统采用毛细管节流自调节能力分析  79-81
  4．2 相同温度下混合工质浓度的变化对系统性能的影响  81-83
  4．3 浓度变化控制方案的选择及控制效果预测  83-92
    4．3．1 各种可能的变浓度操作状态量特点的比较  83-92
      4．3．1．1 过热度状态量分析  83-84
      4．3．1．2 载冷剂参数状态量分析  84-85
      4．3．1．3 吸气压力和耗功指标及其控制结果比较  85-88
      4．3．1．4 变容量系统与定成分系统性能比较  88-92
  4．4 本章小结  92-94
第五章 变容量系统实验研究  94-116
  5．1 实验系统介绍  94-100
    5．1．1 实验系统简图  94
    5．1．2 分离装置结构及工作原理  94-95
    5．1．3 实验测试系统  95-100
      5．1．3．1 风循环系统  95-96
      5．1．3．2 水循环系统  96
      5．1．3．3 电气控制系统  96
      5．1．3．4 实验测量系统  96-98
      5．1．3．5 自动控制系统  98-99
      5．1．3．6 计算机数据采集和测控系统  99-100
  5．2 热泵系统的变工况稳态性能实验  100-108
    5．2．1 常规热泵系统的变工况稳态性能实验  100-104
    5．2．2 变容量热泵系统的稳态性能实验  104-108
      5．2．2．1 相同进风温度下变容量实验  104-105
      5．2．2．2 不同进风温度下变容量实验  105-108
  5．3 变浓度调节过程研究  108-114
    5．3．1 R32／R134a温度、压力、浓度关系式的获得  108-109
    5．3．2 分离装置操作方案  109-110
    5．3．3 变容量动态过程研究结果  110-114
  5．4 本章小结  114-116
第六章 总结和展望  116-119
发表的学术论文  119-120
参考文献  120-125
致谢  125

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 空气调节、采暖、通风及其设备 > 空气调节
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