准二级压缩-喷射复合热泵系统的试验研究与优化设计

论文摘要

准二级压缩热泵系统较普通热泵系统可以显著提高机组的制热量、能效比及运行可靠性,正在成为一种扩大空气源热泵在寒冷地区应用的有效技术保证。喷射器因其结构简单、成本低、无运动部件、适应两相流工况较好等特点,可用来替代普通节流元件以减小节流过程的不可逆损失,把它引入到准二级压缩热泵系统中,构造出准二级压缩-喷射复合热泵系统。研究该复合热泵系统的性能,对于扩大空气源热泵的应用范围,满足可持续发展的要求具有重要意义。本文主要采用试验的方法对该复合热泵系统进行详细的研究。喷射器的结构设计是进行准二级压缩-喷射复合热泵系统研究的基础。结合课题所研究的主要内容,本文首先介绍了带圆锥形混合室的喷射器的工作原理及其结构设计原理,对喷射器后所能达到的喷射压力（复合系统的中间补气压力）进行理论计算,并通过编程实现计算过程,为设计喷射器提供理论基础。其次,介绍了准二级压缩-喷射复合热泵系统的基本原理,对准二级压缩过程进行热力学分析,推导出准二级压缩过程的等熵压缩功;建立喷射器计算模型,对喷射器的工作过程进行热力学分析;对复合热泵系统做全面的热力学分析,给出各个状态点焓值的计算方法。再次,对准二级压缩-喷射复合热泵系统的性能试验结果进行了全面的分析,在制热性能方面与普通准二级压缩热泵系统进行了比较,在制冷性能方面与单级系统进行了比较。与普通准二级系统相比,喷射复合系统的制热量、制热COP有显著增加,系统的功率及排气温度略有降低;喷射复合系统的制冷量较单级系统有明显提高,尽管系统的功率略高于单级系统,但系统的制冷COP仍高于单级系统。最后,对喷射器的喷射系数和结构进行优化设计。通过对优化后的喷射复合系统的试验研究,表明:喷射系数u不是越大越好,合适的喷射系数能够提高热泵系统的制热性能系数,且喷射器适应的工况范围较宽。对本系统最优的喷射系数u=0.1;设计工况合理的喷射器,其工况适应范围较宽,系统具有较高的制热量、制热性能系数,较低的功率、排气温度。对在一定工况范围内工作的喷射器来说,选取中间工况作为其设计工况时系统性能较好。优化后的喷射复合热泵系统可以在较宽的工况范围内具有较好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 寒冷地区空气源热泵机组性能下降原因分析
• 1.1.2 国内外解决寒冷地区空气源热泵机组性能下降的方法
• 1.2 与课题相关的国内外研究现状综述
• 1.2.1 准二级压缩热泵系统国内外研究现状综述
• 1.2.2 喷射器的研究现状
• 1.2.3 喷射器代替节流元件的研究现状
• 1.2.4 本课题的研究现状
• 1.3 本课题的研究思路及主要工作
• 1.4 本课题的可行性研究
• 本章小结
• 第2章 喷射器的工作原理及结构设计
• 2.1 喷射器的工作原理
• 2.2 喷射器可达喷射压力的计算
• 2.3 喷射器结构设计
• 2.3.1 喷射器的主要截面积
• 2.3.2 喷射器的轴向尺寸
• 本章小结
• 第3章 准二级压缩-喷射复合热泵系统的理论分析
• 3.1 准二级压缩-喷射复合热泵系统原理概述
• 3.2 准二级压缩-喷射复合热泵系统统热力学分析
• 3.2.1 准二级压缩过程热力学分析
• 3.2.2 喷射器的热力学分析
• 3.2.3 准二级压缩-喷射复合热泵系统各状态点焓值的确定
• 3.2.4 准二级压缩-喷射复合热泵系统运行的主要性能指标
• 本章小结
• 第4章 准二级压缩-喷射复合热泵系统的试验研究
• 4.1 原型机的工作原理
• 4.2 试验目的
• 4.3 试验方案
• 4.4 主要试验设备
• 4.5 试验测试方法及测试数据
• 4.6 测试数据整理
• 本章小结
• 第5章 原型机的全性能测试结果分析
• 5.1 准二级压缩-喷射复合热泵系统原型机性能
• 5.1.1 系统制热性能
• 5.1.2 系统制冷性能
• 本章小结
• 第6章 准二级压缩-喷射复合热泵系统的优化设计
• 6.1 喷射器优化设计相关概念
• 6.2 喷射系数的优化设计
• 6.3 喷射器结构的优化设计
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢