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基于数码涡旋压缩机的空调系统的研究

伍光辉  
【摘要】:基于数码涡旋压缩机的空调系统是一个全新的空调系统,制冷空调行业面临的重大课题为节能和环境保护,空调系统的能耗已占国民经济的10%以上。尤其空调系统在整个建筑中占有更大的比例,因此对空调系统各部分必须进行深入的研究,寻求各系统部件效率的最优化,减少各部分损失,才能做到节省能源消耗,使空调系统运作与整个建筑环境相匹配,并对建筑物热负荷作出快速反应。本文所研究的空调系统是与传统二次冷媒空调系统完全不同的系统,它是直接由压缩机驱动冷媒并将冷媒送到需要冷源的房间,而不需要水作为二次冷媒,是一种高效和新型的空调系统。本文通过对空调关联系统工作状态的分析,分别从制冷和采暖角度,指出了传统空调系统无法满足因环境温度变化所产生的欠调和过调问题。 本文针对涡旋压缩机驱动的空调及其关联系统为对象进行研究,首次对数码涡旋压缩机空调系统各个部分进行了深入的研究,旨在寻求最佳的空调能量调节系统及提高空调系统效率最优的途径。 论文首先对空调系统与环境相结合的关联系统的能量传输进行分析,简要地说明了数码涡旋压缩机的工作原理及其在空调系统中的应用。通过对空调关联系统各组成部分及各环节工作状态的热力学分析,分别从制冷和采暖角度,指出了传统空调系统无法满足因环境温度变化所产生的欠调和过调问题。在此基础上,本文提出了空调系统的能力必须能根据环境温度改变而改变的概念,指出一个数值化的空调系统必须有一个数值化输出的压缩机,它为空调系统能成为具有高度调节能力的系统指出了一种新途径。文中根据压缩机热力学分析和空调能力调节模型,首次给出并建立了空调关联系统能力—占空比的数学模型,讨论了将房间热负荷和空调系统本身能力的数值调节问题,尝试了实现两者相结合的数值化设计新方法,提出了数码涡旋压缩机空调系统热力学模型,并在环境实验室内对数码涡旋空调系统进行深入的实验分析,得出了反映空调系统运作的各项实验数据。 本文首次对数码涡旋压缩机中央空调通风系统用的轴流风扇内的流动现象,用 WP=4 CFD方法进行了数值模拟与计算,数值分析着重研究了风扇吸力面处叶尖涡及其涡核的生成、发展和扩散过程,风扇出口尾迹及二次流等复杂的流场结构,数值计算与性能实验相吻合的结果表明了数值计算的有效性,它可为认识这种风扇的内流机制提供理论依据,并为改善其内流结构和风扇降噪设计提供依据和有益的参考。 本文应用PIV技术,首次对中央空调用轴流风扇内流场进行了详细的实验测量,PIV实验结果与CFD计算结果相比,两者吻合较好,表明了实验结果和数值计算的一致性,同时为计算结果提供了可靠的实验支持。本研究对空调用风扇的PIV测量及其所得到的实验结果,丰富和发展了PIV实验技术,并为PIV技术在空调用轴流风扇内流测量中的应用积累了经验。 文中数值模拟对比分析了空调用轴流风扇导风用的直板形外罩和圆弧形外罩的流动情况及其在改善内流方面的作用。计算对比表明,新设计的圆弧形外罩改善了由风扇出口向外罩内的回流,同时风扇叶尖涡和出口尾迹也较弱。使用圆弧形半开式新外罩可以改善风扇的内流结构,亦可为改进风道设计提供依据和有益参考。 首次对空调通风系统使用的双转子轴流风扇及单转子轴流风扇进行CFD分析计算,并对这两种不同的通风系统进行了性能实验,内流计算。性能实验结果的比较表明,大直径单风扇系统比双风扇系统有良好的内流结构和低噪音特性,采用大直径单风扇是中央空调通风系统实现同噪声下大风量、小型化的一个有效途径。 本文受国家自然科学基金项目(No.50176012)和教育部博士点基金项目(No.20020487025)的资助。


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