R290空气源热泵热水器的仿真与实验研究

发布时间：2017-08-30 11:05

  本文关键词：R290空气源热泵热水器的仿真与实验研究

  更多相关文章： 空气源热泵 R290工质 最佳充注量 微通道换热器

【摘要】：基于HCFCs和HFCs制冷剂被替代的迫切性及市场对空气源热泵热水器的需求,本文针对环保冷媒R290(乙烷)开发了适用于夏热冬冷地区的R290空气源热泵热水器。考虑R290的易燃易爆性,机组采用了板式冷凝器和微通道蒸发器来降低机组的制冷剂充注量,有效保障了R290机组应用的安全性。同时,还对蒸发器的排水及除霜进行了优化设计以提高机组宽温度范围的适用性。为研究该系统的运行特性,通过详细的设计选型,成功试制了实验样机,并搭建了实验台,依据实验方案对实验样机进行多工况的实验测试。首先,在相同条件下,分别对比实验了机组充注R290和R22时的运行特性,确定R290作为制冷剂的优越性。其次,在名义工况下,对R290热泵热水器的制热性能进行测试,结果表明,机组制热性能达到了国标GB 29541-2013规定的第3等级,制热性能良好。最后,对机组的结霜问题展开研究,提出了相应的除霜策略,并根据除霜策略进行了多种工况下的机组性能测试,经过测试,机组除霜效果符合预期,从而验证了除霜策略的可行性。其次,利用系统仿真数学模型,模拟了热泵热水器在制热模型时,机组排气温度、冷凝压力、蒸发压力、制热量、功耗和COP等性能参数的变化情况。仿真计算结果与实测数据对比分析表明,仿真结果平均偏差在10%以内,具有良好的计算精度。利用构建的仿真程序,对实验样机的风量和制冷剂分配均匀性进行了研究,结果表明,风量和制冷剂分配越均匀,越有利于机组性能的发挥。
【关键词】：空气源热泵 R290工质 最佳充注量 微通道换热器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符号表11-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 R290热泵技术的研究现状14-20
• 1.2.1 R290应用的相关规定15-16
• 1.2.2 R290适用润滑油16-17
• 1.2.3 R290专用压缩机17-18
• 1.2.4 R290换热器的相关研究18-19
• 1.2.5 R290制冷和热泵系统研究19-20
• 1.3 课题的主要研究内容20-22
• 1.3.1 R290工质适应性研究及分析20-21
• 1.3.2 R290空气源热泵热水器的系统结构设计21
• 1.3.3 R290空气源热泵热水器实验样机的开发与测试21
• 1.3.4 R290空气源热泵热水器的仿真及验证21
• 1.3.5 R290热泵热水器优化的探讨21-22
• 2 R290工质适用性的研究与分析22-32
• 2.1 R290的基本特性22-23
• 2.2 R290的热力学特性分析23-27
• 2.2.1 饱和蒸汽压力和绝热指数24
• 2.2.2 饱和液体密度和汽化潜热24-25
• 2.2.3 粘滞系数和导热系数25
• 2.2.4 R290和R22的热力循环对比分析25-27
• 2.3 R290的适用工况分析27-28
• 2.4 R290的安全性分析28-31
• 2.4.1 减小充注量29
• 2.4.2 通风措施29-30
• 2.4.3 添加阻燃剂和泄露指示剂30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 R290空气源热泵热水器的系统设计32-49
• 3.1 设计工况下的热力循环计算32-34
• 3.1.1 机组设计工况及循环工作参数的确定32-33
• 3.1.2 机组设计工况下的热力循环33-34
• 3.2 压缩机的选型34-36
• 3.3 水侧换热器的选型36-38
• 3.4 蒸发侧换热器的校核计算38-43
• 3.5 节流装置选型计算43-45
• 3.5.1 热力膨胀阀的选型步骤43
• 3.5.2 热力膨胀阀的适用性分析43-45
• 3.6 管路及辅助部件的设计和选择45-47
• 3.7 机组的除霜设计47-48
• 3.8 本章小结48-49
• 4 R290空气源热泵热水器的实验测试49-73
• 4.1 R290空气源热泵热水器的实验测试系统49-53
• 4.1.1 实验方案的设计49-50
• 4.1.2 实验测试系统的构成50-53
• 4.2 实验误差分析与数据处理53-56
• 4.2.1 实验误差分析53-55
• 4.2.2 实验数据处理55-56
• 4.3 机组制冷剂充注量56-60
• 4.3.1 R290机组的充注量研究57-59
• 4.3.2 R22机组的充注量研究59-60
• 4.4 热泵热水器制热性能测试结果及分析60-66
• 4.4.1 R290机组制热工况运行参数的变化规律60-63
• 4.4.2 名义工况下的机组测试63-64
• 4.4.3 R22机组制热工况运行参数的变化规律64-65
• 4.4.4 R290机组和R22机组运行参数的对比分析65-66
• 4.5 R290热泵热水器的热气旁通除霜66-72
• 4.5.1 除霜控制策略66-68
• 4.5.2 热气旁通除霜的实验数据分析68-70
• 4.5.3 热气旁通除霜的效果分析70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 5 R290空气源热泵热水器仿真模型及验证73-97
• 5.1 涡旋压缩机的仿真模型及验证73-80
• 5.1.1 涡旋压缩机的仿真模型73-75
• 5.1.2 工质替代后涡旋压缩机的仿真模型验证75-80
• 5.2 板式冷凝器的数学模型80-82
• 5.2.1 板式冷凝器的控制方程81
• 5.2.2 板式冷凝器的换热公式及压降公式81-82
• 5.3 微通道换热器的数学模型82-86
• 5.3.1 微通道换热器的控制方程83
• 5.3.2 微通道换热器的换热公式及压降公式83-86
• 5.4 热力膨胀阀的数学模型86-87
• 5.5 热泵热水器的系统模型87-92
• 5.5.1 压缩机的仿真流程图87-88
• 5.5.2 板式冷凝器的仿真流程图88-89
• 5.5.3 微通道蒸发器的仿真流程图89-91
• 5.5.4 整机程序91-92
• 5.6 仿真模型的验证92-96
• 5.6.1 R290热泵热水器制热工况的验证92-93
• 5.6.2 R22热泵热水器制热工况的验证93-94
• 5.6.3 变环境温度下R290热泵热水器的验证94-95
• 5.6.4 变环境温度下R22热泵热水器的验证95-96
• 5.6.5 模型偏差的初步分析96
• 5.7 本章小结96-97
• 6 R290空气源热泵热水器的优化探讨97-101
• 6.1 蒸发器风量的优化97-98
• 6.2 制冷剂分配均匀性的探讨98-99
• 6.3 制冷剂充注量的优化99-100
• 6.4 本章小结100-101
• 7 结论与展望101-103
• 结论101-102
• 展望102-103
• 致谢103-104
• 参考文献104-110
• 附录110

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本文编号：758911