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混合工质变浓度容量调节热泵系统的理论与实验研究

胡永亮  
【摘要】:混合工质变浓度容量调节是指利用非共沸混合工质的组成特性,通过改变系统中混合工质的浓度配比,对系统的制冷量或制热量进行调节。与其它容量调节方式相比,这种调节方式不产生附加能量损失,并且可以避免变频压缩机所存在的共振、密封不良等诸多问题,可以获得更好的调节效果,具有很好的应用前景。本文在前人研究基础上,提出了新的方法,克服了原有系统的缺陷,并从理论和实验两个方面对这种新型混合工质空气源热泵系统进行了研究,主要研究内容如下: 1.对混合工质变浓度容量调节系统的发展历史及国内外研究现状进行了归纳分析,在此基础上,提出了一种新型变浓度装置并连接于系统的低压侧,结构和控制都相对简单。 2.简要回顾了国内外变浓度容量热泵系统中混合工质的研究进展,结合理论和试验结果,首次提出了在变容量热泵系统中使用三元混合工质的概念;然后,通过数值模拟选出了具有较大潜力的R32/R125/R227ea、R32/R143a/R227ea、R32/R143a/R134a和R32/R125/R134a三元非共沸混合工质,并综合考虑混合工质的热力学循环特性、分馏特性及环保性指标,最终采用了R32/R125/R134a作为后续变浓度容量调节研究的循环工质,并提出了由变浓度装置实现R407C向R410A转变的构想。 3.比较了二元和三元混合工质在简单分馏和精馏分离装置中分离效果的差异,并对变浓度系统在操作过程中出现的系统和储液灌制冷剂质量随浓度改变而迁移的现象进行了分析,找出了本系统制冷剂质量随浓度改变的关系。 4.从改善系统结构、采用新的制冷剂和压缩机中间进液三个方面对如何降低压缩机排气温度进行了定性分析和理论计算,并通过神经网络建立了以吸气压力为控制信号的变浓度容量调节热泵系统模型,找到了降低压缩机排气温度的有效方法。 5.设计并搭建了新型中间进液变浓度容量调节热泵系统实验台,采用R32/R134a为工质,并以实验为基础,以神经网络为工具,对吸气压力进行了优化计算,找到了最优的吸气压力。然后在此压力下对不同排气温度下的系统进行了实验研究,并与纯质R22常规热泵系统进行了比较。实验结果验证了理论模型的


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