跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)變工況性能的試驗研究.pdf

1、本文研究的主要方向是自然工質(zhì)CO2在熱泵領(lǐng)域的應用，首先對其進行理論分析和數(shù)值模擬，然后通過搭建跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)試驗臺，研究其在不同的試驗工況下的性能特性，找出使系統(tǒng)運行最優(yōu)化的試驗工況，為其市場化提供數(shù)據(jù)支持和試驗參考。
　　由跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)循環(huán)的熱力學理論可知，系統(tǒng)中的各個基本參數(shù)對熱泵熱水機的性能均有影響，通過模擬計算，研究各參數(shù)對系統(tǒng)性能COPH的影響。在模擬的過程中，只改變一個參數(shù)，其他參數(shù)保持不變。結(jié)果顯示：

2、系統(tǒng) COPH隨著蒸發(fā)溫度 tev的升高而升高；氣體冷卻器制冷劑側(cè)出口溫度 tgas-out越低，系統(tǒng) COPH越高；壓縮機效率ηi與系統(tǒng)COPH成正比關(guān)系；吸氣過熱度?t′對系統(tǒng)性能影響不大，但呈現(xiàn)減小趨勢；當高壓側(cè)壓力Pcond升高時，系統(tǒng)系統(tǒng)COPH先升高后降低，存在一個最大值。
　　為了很好的測量跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)在各個工況下的性能參數(shù)，找出提高熱泵系統(tǒng)性能的措施。我們對熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行改進，改進后的系統(tǒng)有以下特點：<

3、br>　　(1)換熱器：選擇同軸套管式換熱器，內(nèi)管采用螺旋鎳白銅管，可以強化水側(cè)和制冷劑側(cè)的擾動，增強換熱器的換熱系數(shù)；同時也可以減弱水側(cè)的結(jié)垢現(xiàn)象。
　　(2)節(jié)流方式：該系統(tǒng)采用兩種節(jié)流方式，第一種采用一個節(jié)流閥對系統(tǒng)進行節(jié)流；第二種采用兩個節(jié)流閥對系統(tǒng)進行節(jié)流，第一個節(jié)流閥調(diào)節(jié)高壓側(cè)壓力，第二個節(jié)流閥調(diào)節(jié)低壓側(cè)壓力，中間的儲液器平衡在節(jié)流過程中產(chǎn)生的壓力波動。
　　(3)回熱器：該系統(tǒng)可以在有回熱器和無回熱器兩種狀態(tài)下

4、運行，因此可以研究回熱器對跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)性能的影響。
　　試驗表明：(1)該系統(tǒng)管路采用外徑為10mm，壁厚為1mm的紫銅管，完全能夠勝任系統(tǒng)的耐壓要求；換熱器采用同軸套管式的，其內(nèi)管為螺旋鎳白銅管。換熱器的換熱效果良好，氣冷器和蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)最大值分別為636w/(m2·k)和450w/(m2·k)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。(2)蒸發(fā)溫度tev為-5℃，當終止水溫度tter,w為45℃和50℃時，跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)的COPH隨著

5、高壓側(cè)壓力Pcond的升高而降低；當終止水溫度tter,w為55℃、60℃和65℃時，熱泵系統(tǒng)的COPH隨著高壓側(cè)壓力 Pcond的升高先升高后降低，存在一個最大值，其所對應的高壓側(cè)壓力為最優(yōu)高壓側(cè)壓力Popt。(3)在高壓側(cè)壓力Pcond和蒸發(fā)溫度tev不變的條件下，熱泵系統(tǒng)的COPH隨著終止水溫度tter,w的升高而降低。(4)當蒸發(fā)溫度為-5℃，水源溫度為15℃，初始水溫度為25℃，終止水溫度為50℃，當高壓側(cè)壓力低于9.4Mpa

6、時，有回熱器系統(tǒng)的COPH低于無回熱器系統(tǒng)的COPH；但回熱器對壓縮機的吸氣溫度 tsuc升高有很大的作用，可以防止壓縮機液擊，在壓縮機停機時更好的回油；此外，回熱器對蒸發(fā)器和氣冷器的差壓?P有降低作用。(5)蒸發(fā)溫度tev越低，壓縮機的排氣溫度tdis越高。當蒸發(fā)溫度tev為-10℃，高壓側(cè)壓力Pcond為7.5MPa，終止水溫度為45℃時，壓縮機的排氣溫度tdis可達到110℃；如果高壓側(cè)壓力Pcond達到9.5MPa，壓縮機的排氣