新型中高温热泵工质及其热力性能的研究

论文摘要

热力性能和环保性能俱优的工质的缺乏是影响中高温热泵应用及发展的重要因素之一。本文以寻找综合性能优良的新型中高温热泵工质为研究目标,进行了新工质的理论筛选、综合性能评价以及实验研究。首先,以综合性能优良为出发点,根据流体的状态方程和混合法则,对多种ODP为零、GWP较低的新工质和混合工质在不同温度范围内进行理论循环性能分析,得到三种环保性能优良的混合工质Z1-Z3,以及六种综合性能较为优良、冷凝温度在60-90℃范围内的混合工质M1-M6。通过对新工质开展详细的热力学性能研究,发现Z1-Z3可用作R134A的替代工质。其次,由于目前对筛选提出的新工质一般进行单一性能或几个性能指标的比较和评价,这样就难以全面、准确反映工质理论与实际循环性能的优劣。为了更加合理地对各类工质进行比较,本文选取九项常见的重要性能指标作为变量,利用主成分分析法对两组工质的循环性能进行综合评价。最后,利用所搭建的水—水中高温热泵实验台对R134A、R417A以及新工质M5的循环性能进行了实验研究。实验结果表明,在同样的工况下三种工质中M5具有更高的制热效率。实验台采用M5在冷水箱温度为30℃和40℃、正常实验流量下将100L、30℃的低温水加热到80℃,所用时间分别为70分钟和65分钟,且平均制热效率分别达到了2.9和3.0,新工质M5可作为中高温热泵热水装置的循环工质使用。理论分析、综合性能评价以及实验结果表明,新工质Z1-Z3的热力性能与R134A非常接近,且环保性能优良,可用来替代R134A;新工质M1-M6在较宽的工作温度范围内,循环性能优良,具有作为中高温热泵尤其是热泵热水装置工质的潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 热泵工质的种类
• 1.2.1 CFCs、HCFCs、HFCs 和 HCs 工质
• 1.2.2 自然工质
• 1.2.3 混合工质
• 1.3 中高温工质的研究现状
• 1.4 中高温工质研究的看法
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 新型中高温热泵工质的理论研究
• 2.1 新工质的选择要求
• 2.1.1 热物理性质要求
• 2.1.2 环境性能要求
• 2.1.3 其他性能要求
• 2.2 新工质性能分析软件
• 2.2.1 REFPROP 7.0 软件
• 2.2.2 计算方法
• 2.2.3 混合法则
• 2.3 结果和分析
• 2.3.1 新工质的基本物性参数
• 2.3.2 Z1-Z3 的理论循环性能及分析
• 2.3.3 M1-M6 的理论循环性能及分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 新工质综合性能评价与分析
• 3.1 工质综合性能评价的意义
• 3.2 工质综合性能的数学评价方法
• 3.3 评价指标的选取
• 3.4 评价结果及分析
• 3.4.1 第一组工质的综合性能评价
• 3.4.2 第二组工质的综合性能评价
• 3.5 本章小结
• 第4章 工质热力性能的实验研究
• 4.1 实验台介绍
• 4.1.1 实验台基本构成
• 4.1.2 实验台系统原理
• 4.2 实验步骤和参数测量
• 4.2.1 实验步骤
• 4.2.2 参数测量
• 4.3 工质热力性能实验及分析
• 4.3.1 排气压力比较及分析
• 4.3.2 排气温度比较及分析
• 4.3.3 制热效率、能耗比较及分析
• 4.3.4 加热时间比较及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间发表的学术论文