小型蒸汽压缩式热泵系统仿真与实验研究

摘要

能源和环境危机是我们人类在这个世纪所要面临和解决的一个重要问题.随着人们生活水平的提高,冬天的供热和夏天的空调是成为不可少,而无论是供热还是空调都涉及到能源消耗和环境污染的问题.人们正在寻求高效的,而又不对环境造成影响的一种供热和空调方式.热泵作为一种绿色能源,正好以其节能、清洁无污染而符合了这一要求,从而在近些年得到了迅猛的发展.热泵的仿真作为一种热泵研究和开发的方式,具有节约试验费用、缩短产品开发周期和降低开发成本的优点,已成为研究系统工作特性、优化部件或设备、开发设备控制系统的重要手段.该文首先回顾了蒸汽压缩式热泵仿真研究的国内外进展,然后基于热力学方程式建立了制冷剂R134a热物性的数学模型,并编制了计算子程序.在压缩机的计算过程中,对涡旋式压缩机的热力学过程作了分析,编写了涡旋式压缩机的仿真程序.该文中的热泵系统使用了钎焊的板式换热器作为冷凝器和蒸发器,在系统分析了板式换热器的流动和传热机理后,使用分布参数的稳态模型对冷凝器和蒸发器进行了模拟仿真.在节流装置上,该文采用了热泵系统中应用较多的热力膨胀阀,编写了热力膨胀阀的仿真程序,并简单分析了蒸发器和膨胀阀的耦合匹配关系.最后,通过对热泵中各主要部件之间耦合关系的分析,将各部件的仿真程序结合起来,完成了整个热泵系统的仿真程序的编写.在编写整个热泵仿真程序的同时,建立了小型蒸汽压缩式热泵实验台,收集了大量的实验数据,与仿真计算的结果作了细致的比较和分析.结果表明,仿真值和实验值之间的误差都在±10％以内,仿真很好的符合了实际运行情况.最后,该文提出了一些需要更进一步的工作以及在本领域仍然需要解决的问题.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

主要物理量名称及符号表

第1章绪论

1.1前言

1.2热泵概述

1.2.1热泵的发展

1.2.2热泵的分类

1.2.3蒸汽压缩式热泵原理

1.3研究现状与评述

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本文主要工作

第2章小型热泵仿真基本分析

2.1仿真的基本概念

2.2部件作用关系基本分析

2.3模型算法的选择策略

2.4模型主要输入输出参数

第3章制冷剂的热力性质计算

3.1 CFCs及其替代工质的现状

3.2 CFC12与其替代物HFC134a的性能比较

3.3制冷剂R134a的状态方程与热物性计算

3.3.1制冷剂温度和压力计算

3.3.2制冷剂密度计算

3.3.3制冷剂焓的计算

3.3.4制冷剂比热容的计算

3.4.5制冷剂粘度计算

3.3.6制冷剂导热系数计算

第4章压缩机仿真模型

4.1装置仿真用压缩机模型的要求及模型的简化

4.2小型全封闭活塞式压缩机模型

4.2.1活塞式压缩机制冷剂工质流量计算

4.2.2活塞式压缩机功率计算

4.2.3活塞式压缩机温度计算

4.3小型全封闭涡旋式压缩机模型

4.3.1涡旋式压缩机制冷剂工质流量计算

4.3.2涡旋式压缩机功率计算

4.3.3涡旋式压缩机温度计算

4.4实验方法求得的压缩机模型

第5章冷凝器模型

5.1冷凝器概述

5.2板式换热器

5.2.1板式换热器简介

5.2.2本系统使用的板式换热器

5.2.3板式换热器内工质的流程与流动状况

5.3冷凝器的数学模型及仿真算法

5.3.1气态单相换热及压降计算

5.3.2两相冷凝换热及压降计算

5.3.3液态单相换热及压降计算

第6章蒸发器及其匹配的膨胀阀模型

6.1蒸发器概述

6.2蒸发器的数学模型及其仿真算法

6.2.1蒸发器两相蒸发换热计算

6.2.2蒸发器单相气态换热计算

6.3热力膨胀阀原理及其仿真算法

6.3.1热力膨胀阀简介

6.3.2热力膨胀阀工作原理

6.3.3热力膨胀阀的仿真计算

6.4膨胀阀与蒸发器的性能匹配

第7章实验结果与仿真结果的比较

7.1实验装置

7.2程序计算与实验结果的比较

7.3热泵性能的各种影响因素

7.3.1冷凝器进口水温对热泵性能的影响

7.3.2蒸发器进口水温对热泵性能的影响

7.3.3充注量对热泵性能的影响

7.4实验讨论

第8章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢