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空气源跨临界CO_2热泵热水器系统的性能研究

作　者: 车媛媛
导　师: 刘志军
学　校: 大连理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 跨临界CO2 空气源热泵 COP 气体冷却器
分类号: TB61
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

CO2热泵热水器是利用CO2在超临界状态下的特殊物性来实现水加热的装置。与常规的热水器相比,CO2热泵热水器在加热热水的过程中具有环保、高效、安全等优点,并且能将水加热到90℃以上。在日本CO2热泵热水器已经作为商业产品在日常生活中发挥着很好的作用,但是目前在国内CO2热泵热水器的应用和性能优化还有待于深入研究。本文为了研究CO2热泵热水器的循环性能,为CO2热泵热水器的应用提供一定的理论和实验依据,具体的研究内容如下：1.建立了一套CO2热泵热水器的循环装置并对其循环参数进行了设计计算。2.通过改变循环流程中的蒸发温度、水的入口温度、冷却压力、水的体积流量等参数,考察其对系统循环的制热能效比(COP)、压缩机排气温度、水的出口温度和气体冷却器压降的影响,为系统的优化提供理论依据。研究发现：系统产生的热水温度可达到95℃,且最大的COP值可达到4.18。3.应用CFD软件建立了气体冷却器三维模型,并对ScCO2在气体冷却器中的传热特性进行了模拟计算,得到了在不同的冷却压力和热流密度下气体冷却器中ScCO2的温度图谱，以及在不同的冷却压力和热流密度下努赛尔数(Nu)和传热系数(h)沿着管长的变化情况,结果表明：当入口压力从7.5MPa增加到9.5MPa时,入口处的Nu从404增加到806,h7从2769增加到6149；当热流密度从10245w/m2增加到32835w/m2时,入口处的Nu从695增加到919,h从5244增加到6914。4.根据实验结果,在经典的Dittus—Boelter传热关联式的基础上通过修正得到了一个新的传热关联式,且实验结果与计算结果吻合较好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-10
1 文献综述  10-28
  1.1 课题的研究背景  10-11
  1.2 ScCO_2循环工质的特性  11-16
    1.2.1 CO_2的物性  11-13
    1.2.2 CO_2作为制冷剂的应用  13-16
  1.3 空气源热泵热水器系统简介  16-20
  1.4 空气源CO_2热泵热水器的研究进展  20-27
    1.4.1 实验研究进展  20-23
    1.4.2 仿真系统的研究  23-25
    1.4.3 ScCO_2传热研究评述  25-27
  1.5 本章小结  27-28
2 实验装置  28-44
  2.1 实验原理  28-30
  2.2 主要设备计算与选型  30-43
    2.2.1 压缩机  31-32
    2.2.2 气体冷却器  32-37
    2.2.3 蒸发器  37-43
  2.3 本章小结  43-44
3 热力循环参数的实验研究与优化  44-63
  3.1 实验流程设计  44
  3.2 实验参数  44-46
  3.3 结果分析与参数优化  46-62
    3.3.1 冷却压力对系统性能的影响  46-50
    3.3.2 水的入口温度对系统性能的影响  50-54
    3.3.3 水体积流量对系统性能的影响  54-58
    3.3.4 蒸发温度对系统性能的影响  58-62
  3.4 本章小结  62-63
4 ScCO_2传热性能的模拟计算  63-80
  4.1 模型建立  63
  4.2 网格划分与边界条件  63-64
  4.3 计算方法  64-67
  4.4 模拟结果与分析  67-76
    4.4.1 ScCO_2的物性  67-71
    4.4.2 冷却压力对传热的影响  71-74
    4.4.3 热流密度对传热的影响  74-76
  4.5 传热关系式的建立  76-79
  4.6 本章小结  79-80
结论  80-81
参考文献  81-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-87
致谢  87-88

空气源跨临界CO_2热泵热水器系统的性能研究

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