采用直接接触式换热器的蒸气压缩式热泵系统的初步研究

摘要

直接接触换热为一种高效的换热方式，与传统的间壁式换热相比，它的热阻大大减小，并且不受换热面结垢和腐蚀的影响。把直接接触换热技术用于热泵系统则会大大提高热泵系统中冷凝器和蒸发器的换热效率，减小两换热器的换热温差，提高热泵系统的效率。因此本文对采用直接接触式换热器的蒸气压缩式热泵进行了初步研究。 首先，为了明确换热温差的降低对热泵性能系数COP的影响，通过用热力学的方法，对理论COP进行了计算。计算表明，随着冷凝温度与蒸发温度的不断接近，COP的提升速度也不断加快，即两端温差越小，减小冷凝温度与蒸发温度之差就会对COP的提升越有效。 之后，选择R600a作为制冷剂，水为载冷剂，建立了采用直接接触式换热器的热泵实验系统。经过调试，此热泵系统实现了稳定运行。 最后，通过实验对影响直接接触式换热器体积换热系数和热泵系统COP的因素进行了研究。研究表明，体积换热系数随对数平均温差成负指数变化，随气体流量的增大而线性增大；热泵系统的COP则随着气体流量和换热器体积换热系数的增大都相应增大。

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第一章绪论

1.1热泵系统的发展

1.2热泵用换热器

1.2.1冷凝器

1.2.2蒸发器

1.3接触换热的发展和研究现状

1.3.1直接接触蒸发的研究

1.3.2直接接触冷凝的研究

1.4课题的提出

1.4.1课题的理论依据

1.4.2课题的研究内容和目标

1.4.3本文的工作

第二章热泵性能的理论分析

2.1热泵系统性能系数的计算

2.2用MATLAB编程计算COP

2.3计算结果分析及换热温差的影响

2.4本章小结

第三章热泵系统实验装置设计

3.1制冷剂与载冷剂的选择

3.1.1环境评价指标和环境保护法规

3.1.2其他选择要求

3.1.3制冷剂筛选结果

3.2实验装置的建立

3.2.1制冷剂循环系统

3.2.2水循环系统

3.2.3测试系统

3.3本章小结

第四章实验结果分析

4.1初步实验及反应的问题

4.2实验结果分析

4.2.1相关因素对体积换热系数的影响

4.2.2相关因素对系统COP的影响

4.3实验结果小结

第五章总结与展望

5.1研究总结

5.2对后续工作的建议

参考文献

附录

致 谢