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中高温热泵工质的理论与实验研究

马利敏  
【摘要】: 中高温热泵技术研究的关键问题之一就是寻找臭氧破坏势为0、温室效应势较低新型适用工质。论文围绕工质的循环性能理论与实验研究方法、冷凝温度为80-110oC工况范围内新型适用工质的提出及其理论与实验循环性能,开展了研究。 在理论循环性能分析中,基于对工质在压缩机中经历的实际过程的分析,提出了一种在理论循环中与之相应的过程模型—由定压加热、绝热压缩、定压放热三个子过程组成的复合过程;较之现有的单一绝热压缩过程模型,新的过程模型及相应的过程和循环性能计算结果更加接近实际。 筛选、提出了5种新型工质(纯质R245fa和混合工质M1-M4),理论循环性能计算结果表明新工质的qv(单位容积制热量)和COP(循环性能系数)全面优于传统工质R114,其中以M3的综合性能为最优。 在工质实验循环性能对比研究中,分析了在同一实验装置上,进行不同工质对比评价时,存在的影响评价测量结果客观性的不公平因素。据此,提出了一种改进型对比实验评价方法:在实验时,保证各工质分别有相同的蒸发和冷凝温度以及载热流体流量;在评价工质性能时,通过引入“面积当量温差”消除了不同工质间两器热流密度分别不同带来的不公平因素,同时以循环的热力学完善度作为评价指标,反映了工质传热性能、温差传热不可逆性对循环性能的影响。改进措施明显提高了工质循环性能对比实验评价的客观性,并使评价更为全面和深刻。对R245fa和M1、M2进行了循环性能对比实验研究。结果表明,(1)改进的实验评价方法,带来了工质间循环性能的近公平比较;(2)三种工质循环性能随工作温度的提高而提高,其中R245fa的综合性能最好。 实验中取得了超过103oC的热泵热输出温度,实现了一个新的高温化实验水平。 提出了一种由实验数据辨识压缩机效率的压缩机建模方法,建立了通用稳态热泵系统仿真模型。计算结果与实验数据的最大和平均偏差分别在±10%和±5%左右。 采用仿真方法实现了工质循环性能的公平比较。结果表明,M3的综合性能最好;R245fa的COP仅次于M3,但qv最小; M1和M2性能居中。


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