空气源热泵蓄能热气除霜动态实验研究

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(NO.50606007)”。本文在对空气源热泵除霜机理进行充分研究的基础上,设计空气源热泵除霜新系统的动态实验台,提出了蓄能除霜时系统不同的实验流程。自主设计并建造了双套螺旋铜管的套筒形蓄热器—蓄能除霜系统的重要部件,实现了铜管与相变材料的充分接触。基于相变温度和热容量的考虑,选用CaCl2·6H2O相变材料,并以少量的SrCl2·6H2O和Ba(OH)2作为调节剂,从而消除了过冷和分层现象,保证了蓄放热的及时进行。根据设计的实验流程,在分析选择实验设备、测量仪表、数据采集装置等基础上,成功搭建空气源热泵除霜系统动态实验台;基于对常规除霜和蓄能除霜两种除霜模式时系统的温度、压力、功率、结霜量、除霜量、过程变化时间等除霜参数的测定、整理与分析,研究了蓄能热气除霜系统运行动态特性(尤其是除霜换向时,压力温度的变化)、系统恢复制热响应特性及除霜对室内环境的影响;得到了系统各部件在常规除霜与蓄能除霜时的特性变化规律;分析了不同的蓄热模式、除霜的模式下系统的能耗以及对室内温度和供热量的影响。结果表明:蓄能除霜时可以很好的提高吸气压力、缩短除霜时间、提高室内送风舒适度、改善除霜效果等。此外,通过实验还发现了蓄能换热器、高压贮液器、气液分离器在除霜过程中的作用机理与耦合关系及制冷剂迁移规律,据此对实验台提出了改进建议。为进一步开发高可靠性空气源热泵提供了理论支持和技术储备。本文最后对除霜实验中直接测量和间接测量的参数进行了详尽的误差分析,结果表明:实验结果的误差可以接受,测试结果满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题背景
• 1.1.3 课题的提出及研究目的和意义
• 1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析
• 1.2.1 热泵除霜各部件运行特性研究
• 1.2.2 空气源热泵除霜方式的研究
• 1.2.3 空气源热泵除霜控制策略的研究
• 1.2.4 空气源热泵蓄能特性的研究
• 1.2.5 暖通相变蓄热材料的研究
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 空气源热泵蓄能热气除霜新系统
• 2.1 空气源热泵蓄能热气除霜系统
• 2.2 蓄能除霜新系统的设计与实现
• 2.3 蓄能装置的设计与相变材料的选取
• 2.3.1 蓄能换热器的设计研究
• 2.3.2 相变材料的选取
• 2.4 本章小结
• 第3章 空气源热泵蓄能除霜动态实验台搭建
• 3.1 传感器的基本知识
• 3.1.1 传感器定义及其工作原理
• 3.1.2 传感器的分类与选择依据
• 3.2 空气源热泵蓄能热气除霜实验系统介绍
• 3.2.1 人工小室及温湿度调节系统
• 3.2.2 热泵空调机系统
• 3.2.3 实验参数检测记录系统
• 3.3 动态实验测点选择与布置
• 3.4 本章小结
• 第4章 空气源热泵蓄能除霜实验研究
• 4.1 热泵无霜工况运行时特性研究
• 4.1.1 实验方案及实验结果
• 4.1.2 压缩机吸排气温度变化规律及其影响因素分析
• 4.1.3 压缩机吸排气压力变化及其影响因素分析
• 4.1.4 蒸发器表面温度变化及其影响因素分析
• 4.1.5 制热性能系数COP的变化及其影响因素分析
• 4.2 热泵常规除霜特性研究
• 4.2.1 空气源热泵常规除霜机理分析
• 4.2.2 常规除霜实验方案及实验结果
• 4.2.3 化霜水量和除霜时间变化及其影响因素分析
• 4.2.4 室内侧换热器各测点温度变化及其分析
• 4.2.5 室外侧换热器各测点温度变化及其分析
• 4.2.6 压缩机及节流机构各测点温度变化及其分析
• 4.2.7 常规除霜压力特性变化及其分析
• 4.2.8 压缩机输入功率特性变化及其分析
• 4.3 热泵蓄能除霜特性研究
• 4.3.1 蓄能除霜实验方案和实验结果
• 4.3.2 相变蓄热器蓄热特性研究
• 4.3.3 相变蓄热器放热特性研究
• 4.4 相变蓄能除霜系统状态参数特性变化分析
• 4.4.1 室内换热器各测点温度变化分析
• 4.4.2 室外换热器各测点温度变化分析
• 4.4.3 压缩机与节流机构各测点温度变化分析
• 4.4.4 系统压力特性分析
• 4.4.5 压缩机输入功率特性分析
• 4.5 蓄能除霜系统制冷剂迁移规律分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验的误差分析与数据处理
• 5.1 实验误差的来源和分类
• 5.2 各种实验误差的处理方法
• 5.2.1 粗大误差的处理方法
• 5.2.2 系统误差的处理方法
• 5.2.3 随机误差的处理方法
• 5.3 相变蓄能除霜实验台误差分析
• 5.3.1 直接测量参数的误差分析
• 5.3.2 间接测量参数的误差分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢