高温热泵工况下自然工质混合物两类传热窄点的实验研究

摘要

针对非共沸混合工质的温度滑移和相变区温焓关系这两个特性，建立了高温热泵实验台，对非共沸混合工质两类相变传热窄点问题展开了理论和实验研究。
　　 应用工质Z1(17％R290/83％R600，质量比)在热泵系统中进行了针对第一类相变传热窄点的实验研究，实验结果表明：与理论计算类似，Z1在冷凝器侧出现最大传热温差，在蒸发器侧出现传热窄点，并且最大传热温差和传热窄点的数值及其在换热器内的位置会随着水流量的变化而变化。在蒸发器侧工况恒定时，冷凝器侧最大传热温差的出现会使系统循环效率降低，在冷凝器侧工况不变时，蒸发器侧传热窄点的出现会使系统循环效率上升；推广到其它混合工质，相变曲线会各有不同，不过传热窄点和最大传热温差都会在换热器内出现，且对循环效率的影响如出一辙，即，最大传热温差的出现会使得循环效率降低，却可以适当地减小换热面积；传热窄点的出现会使得循环效率上升，却要求更大的换热面积。由此可见，要避免或促使传热窄点和最大传热温差的出现，是要综合应用工况(空调工况多注重蒸发器侧，热泵工况多注重冷凝器侧)，循环效率和换热面积三方面因素进行考虑；
　　 应用工质Z1，Z2(50％R290/50％R600，质量比)在热泵系统中进行了针对第而类相变传热窄点的实验研究，第二类相变传热窄点的出现主要表现在工质不能在冷凝过程中被完全冷凝下来，由于该现象的出现会带来诸多不稳定问题，为解决该问题，本文在稳态和非稳态条件下进行了实验。实验结果表明，在稳态条件下，不会出现工质不能够被完全冷凝这一现象，但是却会出现在冷凝器不能被完全冷凝下来的现象，对于系统管路保温不好或有储液罐的情况，工质会将冷凝出口以后的管路或储液罐视为冷凝器的延长段完全冷凝下来，这种现象会使得系统制热量和制热系数降低，应尽量避免。而在非稳态条件下，会出现由于第二类相变传热窄点的产生而带来的工质在冷凝器中不能被完全冷凝的现象。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 高温热泵的应用背景

1.2 高温热泵的国内外研究现状

1.3 高温热泵研究中存在的问题

1.3.1 工质的环境问题

1.3.2 相变传热窄点问题

1.4 研究内容

第二章 混合工质热力性能的理论研究

2.1 非共沸混合工质相变特性

2.1.1 换热匹配理论

2.1.2 第一类相变传热窄点假说

2.1.3 第二类相变传热窄点假说

2.2 研究对象的筛选

2.2.1 研究对象基本物性

2.2.2 研究对象的相变特性

2.4 Z1和Z2循环特性的理论计算

2.4.1 理论循环工况的设定

2.4.2 理论循环过程的指定

2.4.3 Z1和Z2相同工况下的循环性能计算

2.5 本章小结

第三章 第一类相变传热窄点的实验研究

3.1 实验台的建立

3.1.1 实验系统说明

3.1.2 参数测量和数据采集装置

3.2 实验步骤

3.2.1 仪器标定

3.2.2 测点布置

3.2.3 工质充灌

3.2.4 实验台调试及工况确定

3.2.5 实验测试及数据处理

3.3 实验结果及分析

3.3.1 最大传热温差

3.3.2 传热窄点

3.3.3 换热温差对系统的影响

3.3.4 Z1循环性能

3.3.5 不确定度分析

3.4 本章小结

第四章 第二类相变传热窄点的实验研究

4.1 稳态实验研究

4.1.1 第二类相变传热窄点实验现象

4.1.2 实验结果对比

4.1.3 实验结果分析

4.2 非稳态实验研究

4.2.1 实验结果

4.2.2 结果分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

主要符号

发表论文和科研情况说明

致谢