非共沸工質(zhì)氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)及其關(guān)鍵熱力過程研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文非共沸工質(zhì)氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)及其關(guān)鍵熱力過程研究ResearchonNovelTwostageHeatPumpwithVapExperItsKeyThermalProcessesusingZeotropicMixtures一級學(xué)科：動力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：熱能工程______________作者姓名：鄭楠________________指導(dǎo)教師：趙力教授________天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二零一六年i^

2、一■月摘要蒸氣壓縮循環(huán)的性能在循環(huán)溫升增大時會迅速惡化，這制約了其作為節(jié)能型供熱技術(shù)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用。為了提升蒸氣壓縮循環(huán)的性能、擴(kuò)大蒸氣壓縮循環(huán)的應(yīng)用范圍，需要對循環(huán)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。目前，對于傳熱與壓縮過程的研宄較為充分，形成了以溫度滑移匹配及多級壓縮技術(shù)為代表的技術(shù)路徑，但對于亞臨界循環(huán)中節(jié)流過程的研宄仍然不足，尚未發(fā)展出成熟的膨脹功回收技術(shù)。為此，本文嘗試將氣相膨脹技術(shù)引入亞臨界蒸氣壓縮循環(huán)，結(jié)合非共沸工質(zhì)的非完全冷凝與氣液分

3、離過程，提出了氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)。如何選擇循環(huán)工質(zhì)是構(gòu)建新循環(huán)面臨的第一個問題。由于系統(tǒng)中同時存在氣相膨脹與壓縮過程，從避免工質(zhì)在膨脹與壓縮設(shè)備中發(fā)生液擊的角度考慮，新型循環(huán)應(yīng)優(yōu)先選擇等熵工質(zhì)。為了解決純質(zhì)等熵工質(zhì)數(shù)量少、適用工況有限的問題，本文提出了利用具有不同溫熵特性的工質(zhì)合成等熵混合物的思想。首先針對混合工質(zhì)的溫熵特性展開理論研宄，定性地得到了表征工質(zhì)溫熵特性的特征參數(shù)z與分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)?；诮o定的熱泵工況（蒸發(fā)溫度約15C

4、，冷凝溫度約60C)，篩選出30組二元等熵混合工質(zhì)，分析了混合物組成及壓力對其溫熵特性的影響規(guī)律。考察了混合工質(zhì)溫熵特性對熱力過程及循環(huán)性能的影響，計算結(jié)果表明，使用等熵混合工質(zhì)可以有效降低壓縮機(jī)的排氣溫度，改善冷凝器換熱面積的有效使用率。研宄發(fā)現(xiàn)，一定條件下等熵混合工質(zhì)可分離為溫熵特性不同的兩種混合物，因而尤其適用作氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)的工質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，建立了氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)的穩(wěn)態(tài)熱力學(xué)模型，并針對三組具有不同循環(huán)濃度的混合工質(zhì)

5、R290R600a開展了熱力學(xué)計算，結(jié)果表明存在最優(yōu)的冷凝器出口干度使得新型循環(huán)的制熱COP達(dá)到最大值。將氣相膨脹雙級壓縮循環(huán)與傳統(tǒng)單級循環(huán)、兩相膨脹雙級壓縮循環(huán)及壓縮機(jī)中間補氣循環(huán)等進(jìn)行了比較。計算結(jié)果顯示，當(dāng)循環(huán)溫升達(dá)到72.5C時，新型循環(huán)的COP較單級循環(huán)可提升16.2%，但與目前較為成熟的壓縮機(jī)中間補氣技術(shù)相比，在給定工況下新型循環(huán)在熱力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)性等方面尚不及前者。實現(xiàn)非共沸工質(zhì)在熱力循環(huán)中的可控分離是構(gòu)建新循環(huán)的另一個關(guān)