VM循环热泵系统性能仿真分析与优化

摘要

中国是世界最大的能源消费国，充分利用余热资源，对于缓解能源危机具有重要意义。VM循环热泵作为热能驱动的热泵技术，在小容量应用范围内具有很好的应用前景。但在实际运行过程中的性能系数比理论计算值偏小，因此本文采用数学建模、Matlab软件编程等方法，对余热驱动 VM循环热泵进行系统性能仿真分析与优化。
　　首先建立VM循环热泵的部件模型并确定其结构参数，在给定热泵工况下，计算得到理论热泵性能系数为2.4，理论?效率为0.23。如考虑回热损失、流阻损失、穿梭损失、泵气损失、换热器换热损失以及冷量损失等，实际热泵性能系数为1.5，实际?效率为0.15。热泵的理论性能系数约为实际值的两倍，并且回热损失、流阻损失占总损失的比例约为83％。
　　接着对VM热泵常用的氢气、氦气和氮气三种气体工质进行了分析比较，结果表明氦气在性能和安全性上都是较为理想的选择。以氦气为工质，在其他参数保持不变的情况下，研究特定参数对热泵性能的影响，结果表明：热源温度较低时，热泵的实际?效率更大，热源温度在800~900K范围内时，实际热泵系数达到最大；循环压力为（6~6.5）×108Pa，实际热泵系数和?效率达到最大；在容积比约为15时，实际热泵系数和实际?效率达到最优；当转速在200~300rpm范围时，热泵的实际热泵系数以及实际?效率均为最大值。
　　最后对VM热泵进行优化分析。若以实际?效率作为目标函数，低温余热更适合作为热泵的驱动热源；若以实际热泵系数作为目标函数，则选用中温余热作为驱动热源更合适。长度短、直径大的回热器，造成的流阻损失更小，同样填料直径大、孔隙率大的回热器引起的流阻损失也更小；降低回热损失的方法有加大换热面积、强化换热过程等；在推移活塞与汽缸间的径向间隙为0.6×10-3m、推移活塞长度为0.83m时，热泵的穿梭损失和泵气损失之和最小。

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第1章 绪论

1.1本课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题研究内容

第2章 余热驱动VM循环热泵的热力学分析

2.1 余热驱动VM循环热泵

2.2 系统建模

2.3 本章小结

第3章VM循环热泵系统的热力学分析

3.1 热泵工况下的VM热泵理论分析

3.2 VM循环热泵实际过程中的损失计算

3.3 VM循环热泵?分析

3.4 本章小结

第4章VM循环热泵系统性能影响分析

4.1 工质对VM热泵系统性能的影响

4.2工况参数对VM热泵系统性能的影响

4.3 组合参数对VM热泵性能的影响

4.4 确定主、次要影响因素

4.5本章小结

第5章 VM循环热泵系统的性能优化

5.1 过程参数的优化

5.2 回热器的优化

5.3 其他部件的结构优化

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢