R32中间补气压缩空气源热泵性能研究

摘要

传统单级压缩空气源热泵在较低的环境温度下运行时制热性能较差，采用带有经济器的中间补气压缩循环可提高系统制热量、降低压缩机排气温度。同时，热泵空调中采用节能环保型制冷剂R32可减少充注量并提高经济效益。因此对以R32为工质的中间补气压缩空气源热泵系统性能进行研究具有重要的理论意义及实用价值。
　　本文首先对带有辅助进气口的涡旋压缩机补气时的压缩过程进行理论分析，并采用 EES软件分别对中间补气压缩热泵系统和单级压缩热泵系统的制热性能进行了数值模拟，分析了涡旋压缩机辅助进气口的开设位置对中间补气压缩系统制热性能的影响，对比分析了两种热泵系统在不同工况下的制热能力。其次，利用焓差实验室对改进后的热泵样机进行了试验研究，测试在不同工况下样机分别按单级压缩循环和中间补气循环工作时的制热性能；分析中间补气压缩热泵机组制热性能参数随中间补气压力的变化规律。最后，将中间补气压缩热泵系统在最佳补气条件下的制热性能参数与单级压缩热泵系统进行对比，并与模拟结果进行比较。所得结论如下：
　　（1）实验结果表明：在所有实验工况条件下，中间补气压缩热泵机组的相对补气量、制热量和压缩机耗功均随中间补气压力的增大而升高，排气温度随中间补气压力的增大而下降；当室外环境温度低于-5℃时，制热COP随中间补气压力的增大先升高后下降，因此存在一个使热泵机组制热 COP达到最大的最佳中间补气压力。本文实验确定的最佳中间补气压力范围为1.67~1.78MPa。
　　（2）模拟结果和实验结果均表明：在所有实验工况条件下，中间补气压缩热泵系统在最佳中间补气条件下的制热量和压缩机耗功均高于单级压缩热泵系统，排气温度明显低于单级压缩热泵系统；当室外环境温度低于-3℃时，制热COP高于单级压缩热泵系统，而当室外环境温度高于-3℃时，制热COP低于单级压缩热泵系统。因此确定出两种热泵系统的最佳切换环境温度约为-3℃。
　　（3）模拟结果和实验结果均表明：两种热泵系统的制热量、压缩机耗功和制热COP均随室外环境温度的降低而下降，排气温度随室外环境温度的降低而升高。但由于中间补气过程可以改善空气源热泵的制热性能，因此相对于单级压缩热泵系统，中间补气压缩热泵系统的制热能力因室外环境温度降低而下降的速度变慢。在实验中，使用 R32工质的中间补气压缩空气源热泵系统在环境温度为-10℃时最高排气温度不超过105℃，可安全可靠运行。
　　（4）模拟结果表明：在环境温度为-10℃的条件下，随着辅助进气口开设位置的变化，即当吸气内压缩容积比从1.1增至1.6时，中间补气压缩热泵系统的中间补气压力和排气温度分别升高约31％、9%，相对补气量、制热量和压缩机耗功分别下降约33%、4%、7%。因此，当吸气内压缩容积比为1.1时，中间补气压缩热泵系统具有较高的制热量和较低的排气温度。

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第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容

1.4本章小结

第二章 中间补气压缩空气源热泵性能模拟分析

2.1中间补气压缩热泵系统基本原理

2.2涡旋压缩机数学模型

2.3中间补气压缩热泵系统数学模型

2.4单级压缩热泵系统性能参数计算

2.5热泵系统制热性能模拟

2.6模拟结果分析

2.7本章小结

第三章 中间补气压缩空气源热泵机组实验研究

3.1实验样机

3.2实验装置

3.3实验方案

3.4实验研究内容

3.5本章小结

第四章 实验结果分析

4.1单级压缩热泵制热性能

4.2中间补气压缩热泵制热性能

4.3两种热泵制热性能对比分析

4.4实验结果与模拟结果对比分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

主要符号表

附录一 换热器几何参数

附录二 主要部件技术参数

致谢