增大室外换热器面积对空气源热泵的影响研究

论文摘要

本课题来源于国家自然科学基金项目“空气源热泵除霜系统创新及其机理研究(NO50606007)”的一部分。本文系统的研究了随着室外换热器(作为蒸发器时)面积的增加,空气源热泵系统机组各部件的性能运行参数及其对结霜的影响。为了研究其运行特性,本文利用分布参数法分别建立了翅片管换热器和板式换热器的动态数学模型,采用图形法和力平衡法分别建立了压缩机和热力膨胀阀的集总参数计算数学模型,并基于质量、动量和能量守恒定律等约束条件,建立了空气源热泵机组的动态仿真模型。采用系统学和量纲理论相结合的分析方法,得出了室外蒸发器的系统结构参数:无量纲蒸发温度,以及蒸发器系统和外界环境紧密相关的性能参数:无量纲蒸发器壁面温度,并提出了一个理想实验,以从基本理论方面来解释上述现象。然后,经过详细的分析蒸发器和压缩机的运行性能参数后,得出了室外蒸发器面积不应增大到蒸发器基准面积的4倍。通过分析蒸发温度的变化规律,本文指出对于制冷系统的结构优化,应从各个地区不同的温度区间来进行优化,而不应从某温度点来进行。从系统学来讲,由于对某个温度区间来说,结构的变化,将会导致传递函数的变化,从而是一种泛函,这对于分析来说是很困难的。于是,本文同时指出,没有必要这么研究,而应从系统和外界的关系出发,找到一个系统结构参数(本文的无量纲蒸发温度),来代替这个泛函。从某种意义上讲,该系统参数就是所对应泛函的模。结合我国可应用空气源热泵机组的主要城市气象参数整理出了在不同室外蒸发器面积下,空气源热泵机组的结霜时间,并分析了增大室外蒸发器面积后,对延缓空气源热泵机组结霜的效果。最后得出如下结论,把全国范围划为:效果显著地区、效果良好地区和效果一般地区,并且提出在效果显著地区值得采取增大室外蒸发器面积;在效果良好地区应进行全而综合分析后方可实施;而在效果一般地区,不宜专门采用。这对如何优化空气源热泵机组起到了积极的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状
• 1.3.1 延缓换热器表面结霜的研究现状
• 1.3.2 热泵系统动态特性仿真研究现状
• 1.4 有待深入研究的问题
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 空气源热泵系统数学模型的建立
• 2.1 压缩机模型
• 2.1.1 压缩机的选型和结构
• 2.1.2 压缩机的数学模型
• 2.2 冷凝器模型
• 2.2.1 制冷剂侧单相区数学模型
• 2.2.2 制冷剂侧两相区数学模型
• 2.2.3 空气侧数学模型
• 2.2.4 管壁和肋片的数学模型
• 2.2.5 冷凝器数学模型的求解
• 2.3 蒸发器模型
• 2.3.1 制冷剂侧单相区数学模型
• 2.3.2 制冷剂侧两相区数学模型
• 2.3.3 空气侧数学模型
• 2.3.4 管壁和肋片的数学模型
• 2.3.5 蒸发器数学模型的求解
• 2.4 热力膨胀阀模型
• 2.4.1 热力膨胀阀数学模型的建立
• 2.4.2 热力膨胀阀数学模型的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 空气源热泵系统的仿真
• 3.1 制冷剂的选择和数学模型
• 3.1.1 制冷剂R22 的性质
• 3.1.2 制冷剂热力性质的数学模型
• 3.2 系统仿真知识简介
• 3.3 空气源热泵仿真算法设计
• 3.3.1 系统模型的耦合
• 3.3.2 迭代判断关系式的选择
• 3.3.3 迭代变量的选择
• 3.3.4 空气源热泵仿真流程图
• 3.4 本章小结
• 第4章 空气源热泵系统模拟结果的分析
• 4.1 数学模型的验证
• 4.2 模拟结果的总体分析
• 4.3 蒸发器模拟结果的分析
• 4.3.1 蒸发温度的规律分析
• 4.3.2 蒸发器壁面温度的规律分析
• 4.3.3 用系统学的观点分析蒸发器的变化
• 4.4 压缩机模拟结果的分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 延缓蒸发器表面结霜的分析
• 5.1 蒸发器表面结霜与空气参数的关系
• 5.2 空气源热泵供热季节内结霜时间的统计及分析
• 5.2.1 不同蒸发器面积下结霜区域的初定
• 5.2.2 考虑蒸发器壁面温度后结霜区域的确定
• 5.2.3 各地区结霜时间的统计结果与分析
• 5.2.4 各地区延缓结霜效果的分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 制冷剂R22 的热物理性质计算
• 附录B 室外换热器、室内换热器和膨胀阀的选型
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢