热泵系统节流装置制约特性研究

论文摘要

随着经济的发展以及人们生活水平的提高,热泵系统得到了越来越广泛的应用,进一步提高热泵系统运行效率、拓宽热泵系统运行工况是暖通空调领域重要的课题。在制冷系统中,当冷凝温度过低时,制冷系统会出现制冷量不足,蒸发压力过低等问题,对此有研究表明其原因是:节流装置两侧压差过小,导致系统制冷剂流量急剧减少,即制冷系统性能受节流装置所制约。本课题将节流装置对系统的制约问题进行延伸和拓展,分别在蒸发器侧和冷凝器侧变工况条件下,研究节流装置对热泵系统的制约特性,同时提出合理的解决对策。本文以小型热泵热水器为对象,利用MATLAB建立其稳态分布参数模型,对热力膨胀阀和毛细管的制约特性进行了模拟研究。同时通过采用一种理想节流装置,与实际节流装置进行对比,分析了节流装置制约特性对热泵热水器的能耗影响。结果表明:对采用膨胀阀的热泵热水器,在蒸发器侧变工况条件下,系统制热量随蒸发器侧热源温度的升高而增大,但当热源温度升高到一定程度时,制热量趋于稳定,原因在于热源温度过高时,膨胀阀全开后不再具有流量调节能力,制冷剂流量趋于稳定,过热度上升,蒸发器利用率降低;在冷凝器侧变工况条件下,随着冷凝器进水温度的降低,系统制热量变化不大,但当冷凝器进水温度降低到一定程度时,制热量急剧下降,原因在于冷凝温度较低时,膨胀阀前后压差过小导致系统制冷剂流量急剧减少。而理想节流装置能较好的拓展系统运行工况,提高系统制热性能。对采用毛细管的热泵热水器,在蒸发器侧变工况条件下,系统制热量随着蒸发器热源温度的升高而增大,但制热量增大的幅度随蒸发器热源温度的升高而减小,且在热源温度较高时,采用较短的毛细管,热泵系统的制热性能更好;在冷凝器侧变工况条件下,系统制热量随冷凝器进水温度的降低而减小,且冷凝器进水温度较低时,采用较短的毛细管,热泵系统的制热性能更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 课题的研究目的，方法及内容
• 2 小型热泵热水系统数学模型的建立与验证
• 2.1 压缩机模型的建立与验证
• 2.2 节流装置模型的建立与验证
• 2.3 冷凝器模型的建立与验证
• 2.4 蒸发器模型的建立与验证
• 2.5 制冷剂充注量模型的建立
• 2.6 热泵热水系统稳态仿真模型
• 2.7 本章小结
• 3 热力膨胀阀的制约特性分析
• 3.1 蒸发器侧变工况下的仿真结果与分析
• 3.2 冷凝器侧变工况下的仿真结果与分析
• 3.3 消除热力膨胀阀制约行为的对策探讨
• 3.4 本章小结
• 4 毛细管的制约特性分析
• 4.1 蒸发器侧变工况下的仿真结果与分析
• 4.2 冷凝器侧变工况下的仿真结果与分析
• 4.3 消除毛细管制约行为的对策探讨
• 4.4 本章小结
• 5 水箱加热过程中节流装置制约行为的能耗影响
• 5.1 热泵热水器性能曲线
• 5.2 蓄热水箱模型的建立
• 5.3 加热过程中节流装置制约行为的能耗影响分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录