地源热泵机组核心部件的性能分析与改进

摘要

近几十年来,热泵产品已在我国得到了良好地推广,上到政府机关的广泛使用,下到国有民营企业的自主研发,都促使国内热泵市场有了良好的发展。地源热泵作为热泵中的一种,它不仅可以有效降低空气源热泵易受季节变化的影响,而且还拥有水源热泵那种工程造价低、性能系数高等优点,同时也解决了地下水式水源热泵回灌水的问题,从而有效地保护了珍贵的地下水资源。因此,地源热泵以其充分利用可再生能源、高效节能、环保无污染、可实现功能多、寿命长、结构紧凑以及自动化程度高等优点,已成为当今中央空调系统方案中的首选形式之一。地源热泵机组作为整个热泵的核心,它的好坏直接影响着热泵性能的高低,而机组性能上的优劣又与它的核心部件有着密切联系;同时,机组的性能又与土壤换热器的换热效果有关,而换热效果也会受到季节变化的影响,这就造成土壤换热器的出水温度会随季节的变化而产生相应地波动,进而导致机组在不同工况下会有不同的性能参数。因此,基于以上两点,结合某公司所生产的地源热泵机组,按部分影响整体的原则,将机组的性能分析进行了单元划分,即分为单螺杆压缩机的性能分析与设计改进、蒸发器与冷凝器的换热数值模拟与结构改进,以及增设喷液补气系统对机组性能影响试验。通过这种单元划分,可以清楚地揭示出各个单元对机组的性能影响,从而为设计或优化热泵机组提供必要的理论支持与优化手段。同时,针对变工况问题,设计了专门的测试设备,用于测试相同蒸发温度下不同冷凝温度对机组性能的影响,确定了冬夏两季时水源侧最佳出进口水温。本文围绕“来自工程、服务工程”这个原则,重点突出了利用应用数学的相关知识和数值模拟技术,对地源热泵机组的两大核心部件进行了性能分析与改进,具体表现在:1、利用应用数学的方法,建立了相应数学模型,推导出了适用于单螺杆压缩机最大基元容积的计算公式,这将单螺杆压缩机的主要结构参数与压缩机性能参数有效地联系在一起,详细地分析了影响压缩机性能的因素,并根据分析结果,给出了设计压缩机时优化结构参数。因此,在一定程度上,也增添了国内对单螺杆压缩机的理论研究的内容。2、利用Fluent强大的数值模拟功能,对原热泵机组的干式管壳式蒸发器进行了流场与热场的分析,依据分析结论,用Solidworks对原结构的不足之处进行了改进,同时,这也实现了将CAE(计算机辅助分析)与CAD(计算机辅助设计)的良好结合。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究的背景

1.2 地源热泵机组国内外研究现状

1.2.1 国内的研究状况

1.2.2 国外对地源热泵的研究与使用情况

1.3 本文主要研究的意义、内容与特点

1.3.1 研究的意义

1.3.2 研究的内容

1.3.3 论文的特点

2 影响热泵机组性能的主要因素

2.1 热泵机组的热力计算

2.1.1 热泵机组的运行机理

2.1.2 热泵机组的机理表示

2.1.3 热泵机组的热力计算

2.2 影响热泵机组性能的因素

2.2.1 液态制冷剂的过冷度对机组性能的影响

2.2.2 气态制冷剂的过热度对机组性能的影响

2.2.3 热交换及压力损失对机组性能的影响

2.2.4 不凝性气体对机组性能的影响

2.2.5 蒸发温度te 的变化对机组性能的影响

2.2.6 冷凝温度tc 的变化对机组性能的影响

2.2.7 实际运行的p-h 图表示

2.3 小结

3 单螺杆热泵压缩机的性能分析与设计优化

3.1 热泵常用压缩机

3.2 单螺杆压缩机的性能分析

3.2.1 国内外研发与应用情况

3.2.2 单螺杆压缩机的优越性

3.2.3 单螺杆压缩机的基本结构与工作原理

3.2.4 结构参数与性能参数之间的关系和优化取值

3.3 小结

4 机组热交换器的换热数值模拟与结构改进

4.1 中大型热泵机组所用的蒸发器与冷凝器

4.1.1 固定管板式换热器

4.1.2 蒸发器与冷凝器的热力计算

4.1.3 换热器换热性能的数值模拟

4.2 小结

5 热泵机组的性能提升装置

5.1 喷液系统的作用

5.2 喷液系统的影响与性能试验

5.3 补气系统的作用与影响

5.4 补气量的计算

5.5 小结

6 地源热泵机组的变工况性能试验

6.1 测试机组的技术参数

6.2 测试方法

6.3 检测装置的设计

6.4 性能试验的测试结果与分析

6.5 小结

7 总结

参考文献

致谢

作者简历

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