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空气源燃气机热泵的仿真优化及实验验证

赵海波  
【摘要】: 燃气机热泵是一种高效节能、经济环保的新型供热空调装置,国内对该装置的研究刚刚起步。本文对空气源燃气机热泵进行了较为全面的理论与实验研究,主要研究内容如下: 以空气源燃气机热泵为对象,建立了由燃气机、压缩机、板式蒸发器、板式冷凝器、翅片管蒸发器、翅片管冷凝器、电子膨胀阀、四通换向阀、储液器、板翅式余热回收换热器、连接管道等部件模型组成的燃气机热泵系统的较完整数学模型。建立了空气源燃气机热泵实验台,用实验结果和现有相关文献结果验证本文建立的空气源燃气机热泵组成部件及系统仿真模型。在部件模型研究方面,建立了考虑过热度、过冷度及转速修正的压缩机图形法模型;建立了基于单管模型的翅片管换热器模型,以模拟复杂管子排列的翅片管换热器形式;提出了换热器最小偏差换热及摩擦阻力关联式选择方法。 利用该仿真模型,进行了燃气机热泵系统的系统匹配、全年性能优化及最优供热负荷系数研究。在系统匹配方面,提出了基于全年实际最大负荷的单级传动比确定方法,还针对单级传动比在部分负荷性能、容量调节范围上的弱点,研究了燃气机与压缩机之间的多级传动比连接方案并从理论上证明了该方案具有改善燃气机运行工况、改进机组负荷调节能力和部分负荷性能、提高机组一次能源利用率和全年运行性能等优点。在性能优化方面,建立了以一次能源利用率为优化目标、换热器总费用为约束条件的单工况优化模型,还针对燃气机热泵的变速运行特点,提出了燃气机热泵的全年性能优化方法,以燃气机热泵的全年一次能源利用率为优化目标,建立了基于燃气机热泵仿真模型的全年运行模型,分析了全年性能优化的特点。在最优供热负荷系数研究方面,建立了燃气机热泵的热经济学优化模型,并利用该模型计算分析了燃气机热泵的最优供热负荷系数。 利用燃气机热泵系统仿真模型,对燃气机热泵中两种常用余热回收方式进行了仿真研究。 本文以实验和计算机仿真为主要研究工具,以优化匹配为主要研究目的,所采用的方法和得出的结论可供燃气机热泵研究和设计时参考。


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