跨臨界CO2熱泵的有限時(shí)間熱力學(xué)分析與優(yōu)化研究.pdf

1、熱泵在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可以降低建筑耗能。采用自然工質(zhì)CO2的跨臨界熱泵循環(huán)具有減小臭氧層破壞和緩解全球變暖的作用。但由于跨臨界CO2熱泵的供熱系數(shù)與常規(guī)工質(zhì)相比偏低，因此本文進(jìn)行跨臨界CO2熱泵的有限時(shí)間熱力學(xué)分析與優(yōu)化研究，探討其性能提高的途徑。
　　 CO2的臨界溫度低，所以須采用跨臨界循環(huán)。在給定工況下，進(jìn)行了跨臨界CO2熱泵的熱力學(xué)第一定律和第二定律的理論分析。研究氣體冷卻器出口溫度、蒸發(fā)溫度和壓比等對(duì)熱泵整體供熱系數(shù)的影

2、響以及熱泵各部件的(火用)損，結(jié)果表明:CO2在超臨界狀態(tài)下的冷卻過(guò)程，其溫度會(huì)發(fā)生滑移，這與冷卻水加熱過(guò)程中的溫度上升匹配，不可逆損失小。改進(jìn)CO2壓縮機(jī)的工作性能是提高系統(tǒng)整體性能的首選途徑。
　　 實(shí)際運(yùn)行中，還存在很多不可逆性。本文采用有限時(shí)間熱力學(xué)方法，通過(guò)模型建立和理論推導(dǎo)，分析內(nèi)可逆跨臨界CO2熱泵的泵熱率、供熱系數(shù)、熵產(chǎn)率、(火用)效率及(火用)經(jīng)濟(jì)性等循環(huán)性能指標(biāo)。指出增加冷、熱端傳熱性能比，或減小熱源溫差可以

3、減小系統(tǒng)的不可逆損失;熱泵系統(tǒng)的供熱系數(shù)與泵熱率有關(guān);不同的傳熱規(guī)律影響系統(tǒng)最大利潤(rùn)率點(diǎn)的產(chǎn)生位置。在最大利潤(rùn)率時(shí)，供熱系數(shù)界限始終存在，且介于可逆界限和有限時(shí)間熱力學(xué)界限之間。
　　 本文還建立不可逆量子CO2熱泵循環(huán)模型，依照量子主方程和半群方法，得出此量子熱泵的輸入功率、泵熱率、供熱系數(shù)、熵產(chǎn)率和生態(tài)學(xué)函數(shù)。它們的關(guān)系曲線由于熱漏的存在，首先會(huì)由單調(diào)遞減演變成類拋物線型，而后又會(huì)演變成扭葉形。當(dāng)放棄較小量泵熱率時(shí)，循環(huán)在很