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跨临界CO_2热泵热水装置的性能优化与实验研究

作　者: 王志超
导　师: 谢英柏
学　校: 华北电力大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 跨临界CO2 热泵热水装置实际因素系统性能数学模型
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

臭氧层破坏和温室效应是当今人类面临的严重环境问题。采用自然工质CO2,不仅有助于减少臭氧层破坏和缓解温室效应,同时CO2在跨临界循环中的放热存在温度滑移,特别适合热泵热水器领域。针对跨临界CO2热泵热水装置的运行压力较高和循环的COP较低的问题,本文进行跨临界CO2热泵热水装置的性能优化和实验研究。对于热泵热水器,应根据GB/T23137-2008进行设计。对于实际运行在GB/T18430.1-2001热泵工况下的跨临界CO2热泵热水装置,通过建立压缩机、蒸发器、气体冷却器和节流阀的稳态模型,分析表明：过冷度每升高1℃,COP增加7.8%;过热度升高1℃,COP增加0.4%；回热器热效率每增加0.1,COP增加1.3%。但冷凝温度和蒸发温度的变化仍是循环性能影响的最主要因素,蒸发温度和冷凝温度每升高1℃,COP分别增加13.4%和降低12%。外部热源直接影响冷凝温度和蒸发温度,依托现有实验台,进行冷却水和冷冻水的参数变化对系统循环性能的影响实验。结果表明：冷却水流量的增大,造成冷却水出口温度降低,这样有可能达不到要求的出水温度；冷冻水流量的变化对系统性能的影响不大。冷却水入口温度的提高,相应的气体冷却器出口温度也提高,但系统的制热系数降低；冷冻水入口温度的提高,冷冻水出口温度和制热系数也相应提高。提高循环效率是跨临界CO2热泵热水装置循环得以推广和应用的关键。选择合适的气体冷却器和蒸发器的换热器类型、供水模式和采用太阳能辅助以及两级压缩系统,都是提高系统总体效率的有效途径。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 本课题研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 国外研究现状  10-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 本课题研究内容  13-14
第2章跨临界CO_2热泵热水装置的热力学循环分析  14-25
  2.1 CO_2的基本热物理性质  14-15
  2.2 单级压缩CO_2热泵热水装置的热力计算  15-18
  2.3 CO_2热泵热水装置的系统设计  18-24
    2.3.1 热泵热水装置的设计步骤  18-21
    2.3.2 CO_2热泵热水装置的设计  21-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章跨临界CO_2热泵热水装置循环的动态特性  25-47
  3.1 部件特性模型  25-32
    3.1.1 压缩机模型  25-28
    3.1.2 节流阀稳态模型  28-29
    3.1.3 气体冷却器稳态模型  29-30
    3.1.4 蒸发器稳态模型  30-32
  3.2 跨临界CO_2热泵热水装置实际因素的影响  32-37
    3.2.1 跨临界CO_2热泵热水装置过冷循环  32-33
    3.2.2 跨临界CO_2热泵热水装置过热循环  33
    3.2.3 跨临界CO_2热泵热水装置回热循环  33-37
  3.3 CO_2热泵循环的实验研究  37-46
    3.3.1 跨临界CO_2热泵实验台  37-42
    3.3.2 实验步骤及过程  42
    3.3.3 实验结果与分析  42-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 CO_2热泵热水装置的性能优化  47-57
  4.1 CO_2热泵热水装置换热器的优化  47-49
    4.1.1 沉浸式盘管冷凝器  47
    4.1.2 套管式冷凝器  47-48
    4.1.3 管壳式冷凝器  48
    4.1.4 板式冷凝器  48-49
    4.1.5 螺旋板式冷凝器  49
  4.2 热水装置供水模式优化研究  49-51
    4.2.1 快速式热泵热水装置  49
    4.2.2 储热式热泵热水装置  49-51
  4.3 热泵热水装置系统的优化研究  51-56
    4.3.1 太阳能辅助  51-53
    4.3.2 两级压缩热泵热水装置  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章结论与建议  57-59
  5.1 结论  57
  5.2 今后研究工作建议  57-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  63-64
攻读硕士学位期间参加的科研工作  64-65
致谢  65

跨临界CO_2热泵热水装置的性能优化与实验研究

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