二氧化碳热泵系统蒸发器动态仿真研究

论文摘要

目前,国内外对二氧化碳热泵系统的理论与实验研究已逐步深入,但是如何提高系统性能、优化部件之间匹配及保持系统实时在最优状态下运行是其向实体化迈进要解决的关键问题。本文以二氧化碳热泵系统为研究对象,采用理论分析与仿真研究相结合的方法,主要研究影响系统性能提高的运行参数、采用系统动态仿真手段实现最优压力控制要解决的问题及系统最优压力控制用蒸发器动态特性情况。本文从二氧化碳热泵系统的热力学角度出发,理论分析了系统性能计算方法及影响系统性能的参数,采用仿真方法具体分析各运行参数对系统性能的影响。采用理论分析和模拟验证相结合,证明了二氧化碳热泵系统存在最优压力这一结论；根据二氧化碳热泵系统自身特点,确定最优压力控制方法适合于该系统的控制,提出以动态仿真手段,研究分析最优压力控制方法下的二氧化碳热泵系统的运行效果,并对实现仿真控制系统要解决的主要问题进行了分析,最后研究了实际运行中二氧化碳热泵系统冷却压力的可调范围。建立了适用于二氧化碳热泵系统控制仿真用的蒸发器动态仿真模型,在稳态仿真基础上,研究外部扰动发生时,与其他系统部件相关联参数及蒸发器本身性能参数的动态响应情况。本文所做的研究工作对系统性能提高及研究最优压力控制下整个二氧化碳热泵系统的动态特性情况具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容、方法及意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 二氧化碳热泵系统的热力学分析
• 2.1 二氧化碳热泵系统的理论分析
• 2.1.1 二氧化碳热泵系统的热力计算与性能分析
• 2.1.2 二氧化碳热泵系统性能系数的影响因素分析
• 2.2 各参数对二氧化碳热泵系统性能的影响
• 2.2.1 冷却压力对系统性能的影响
• 2.2.2 气冷器出口温度对系统性能的影响
• 2.2.3 蒸发温度对系统性能的影响
• 2.2.4 内部热交换器的换热效率对系统性能的影响
• 2.2.5 压缩机等熵效率对系统性能的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 二氧化碳热泵系统最优压力及其控制研究
• 3.1 最优压力理论分析及模拟验证
• 3.2 最优压力控制研究
• 3.2.1 最优压力控制方法的确定
• 3.2.2 最优压力计算关联式的选取
• 3.3 冷却压力可调范围的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 二氧化碳热泵系统蒸发器动态模型
• 4.1 二氧化碳热泵系统蒸发器动态建模方法的选取
• 4.2 二氧化碳热泵系统蒸发器动态建模
• 4.2.1 蒸发器结构参数
• 4.2.2 蒸发器建模
• 4.2.3 传热系数和压降的计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 二氧化碳热泵系统蒸发器动态仿真研究
• 5.1 动态仿真软件说明
• 5.2 蒸发器稳态仿真结果
• 5.3 蒸发器动态仿真结果及分析
• 5.3.1 空气进口温度发生变化时各参数动态响应情况
• 5.3.2 空气进口质量流量发生变化时各参数动态响应情况
• 5.3.3 制冷剂进口质量流量发生变化时各参数动态响应情况
• 5.3.4 制冷剂进口焓值发生变化时各参数动态响应情况
• 5.3.5 制冷剂出口压力发生变化时各参数动态响应情况
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和后续工作
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果