四温位吸收式热泵的热力学优化研究

摘要

溴化锂吸收式热泵适用于低品位热能的回收利用，它采用对环境无害的工质对作制冷剂，消耗少量的电能，对于能源综合利用，回收低品位热能，保护环境都有很重要的意义。本文以单效溴化锂吸收式热泵循环为对象，研究其在有限尺寸约束条件下的最优性能，所得结论可为实际吸收式热泵的优化设计和运行提供重要的理论依据。
　　 溶液热交换器和溶液泵是吸收式热泵的两个重要设备，本文第二章分别建立了考虑溶液泵、溶液热交换器和同时考虑两者影响时的四温位吸收式热泵循环模型，导出了泵热率和性能系数的一般特性关系，给出了传热面积和热导率优化分配的数值计算方法，通过数值算例分析了循环内不可逆性、溶液泵输入功率、溶液热交换器换热率、热源进口温度和热源热容率对循环最优性能的影响；由所建立的不可逆模型得到的泵热率和性能系数的特性关系呈单调型，且溶液泵输入功率、溶液热交换器的换热率不会影响泵热率与性能系数优化关系的曲线形状，只对泵热率和性能系数有定量的影响。利用工程数据验证了本章循环模型及其数值计算方法的正确性。
　　 第三章基于无限热容热源和有限热容热源不可逆四温位吸收式热泵循环模型，以每单位时间总成本的泵热率作为热经济学目标函数。在无限热容热源时，导出了无量纲热经济学目标函数与性能系数的基本优化关系，计算了无量纲热经济学目标函数的最大值及对应的各种参数，在换热器总热导率一定时.获得了热导率的优化分配及工质的最佳工作温度的解析关系式；有限热容热源时导出了泵热率与性能系数的一般特性关系式，给出了对换热器总传热面积和总热导率进行优化分配的数值计算方法，通过数值算例分析了循环参数对循环热经济性能的影响，最后将工程实例与本章模型的预测结果进行了对比分析，证明了本章模型及导出的特性关系的正确性。
　　 利用无限热容热源以及有限热容热源四温位不可逆吸收式热泵的基本优化关系，以太阳能吸收式热泵的总性能系数为目标，对太阳能集热器工作在中低温和高温时的两种情况进行了优化研究。在无限热容热源时，计算了系统总性能系数与集热器工作温度的基本优化关系，并导出了最大总性能系数及对应的循环参数；有限热容热源时导出了总性能系数与集热器出口温度的一般特性关系式，并通过数值算例讨论了循环参数对系统性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

1 绪论

1.1 吸收式热泵工作原理简介

1.2 有限时间热力学的产生及发展

1.3 第一类吸收式热泵的有限时间热力学研究现状

1.3.1 性能系数（泵热率）优化

1.3.2 生态学优化

1.3.3 热经济学优化

1.3.4 火用经济优化

1.3.5 太阳能吸收式热泵系统的优化

1.4 本文内容介绍

2 四温位不可逆吸收式热泵循环建模及性能分析

2.1 考虑溶液泵时吸收式热泵循环的性能优化

2.1.1 无限热容热源时的循环模型及一般特性关系

2.1.2 有限热容热源时的循环模型及一般特性关系

2.1.3 性能优化

2.2 考虑溶液热交换器时吸收式热泵的性能优化

2.2.1 无限热容热源循环模型及一般特性关系

2.2.2 有限热容热源循环模型及其特性关系

2.2.3 数值算例与分析

2.3 同时考虑溶液泵和溶液热交换器时吸收式热泵系统性能优化

2.3.1 无限热容热源一般特性关系

2.3.2 有限热容热源一般特性关系

2.3.3 数值算例分析

2.4 单效吸收式热泵循环模型验证

2.5 本章小结

3 四温位吸收式热泵的热经济性能优化

3.1 热经济学性能准则

3.2 无限热容热源时的热经济学基本优化关系

3.2.1 总热导率一定时的热经济性能优化

3.2.2 总传热面积一定时的热经济性能优化

3.3 有限热容热源时的热经济性能优化

3.3.1 总传热面积一定时的热经济学性能优化

3.3.2 总热导率一定时的热经济学性能优化

3.4 分析与讨论

3.5 模型验证

3.6 本章小结

4 太阳能吸收式热泵循环的优化分析

4.1 太阳能吸收式热泵循环模型

4.1.1 无限热容热源时的优化特性关系

4.1.2 有限热容热源时的一般特性关系

4.2 分析与讨论

4.2.1 太阳能集热器的最佳工作温度

4.2.2 循环参数对太阳能吸收式热泵系统性能的影响

4.3 本章小节

5 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢