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跨临界二氧化碳热泵热水系统动态特性研究

刘玉涵  
【摘要】: 自然工质二氧化碳,作为新一代制冷剂,在制冷空调及热泵领域有着广阔的应用前景。CO_2跨临界循环中气体冷却器所具有的较高排气温度和较大的温度滑移,与冷却介质的温升过程相匹配,使其在热泵循环方面具有独特的优势。如何提高跨临界CO_2热泵热水系统的效率具有非常重要的意义,这也是近几年国内外研究的重点。本文主要运用仿真的方法对系统及其各部件进行分析,为系统性能改进和控制运行方式提供基本依据。 首先,基于热力学第一定律和第二定律,建立了二氧化碳热泵热水系统的仿真模型进行分析计算。分析表明,影响系统第二定律效率的主要因素有气冷器出口温度、蒸发温度、冷却压力和内部热交换器效率以及压缩机效率。并且,随着排气压力增加,系统第二定律效率存在最大值,此时对应的最优排气压力P_(opt2)并不等同于系统COP最大值对应的P_(opt)。 对气冷器、蒸发器和中间换热器建立分布参数动态模型;利用经验公式对压缩机和节流阀建立了稳态模型。通过质量守恒、动量守恒、能量守恒定律将单一的部件模型有机地结合起来,构成整个机组的模型。仿真结果表明,气冷器进水温度和压缩机转速的变化对系统的动态特性有较大的影响。且节流短管流通面积的变化对系统的动态特性也有较大的扰动。这些动态响应特性都将影响到对控制系统的设计。 本文的研究工作对二氧化碳热泵热水系统性能和结构的优化以及运行控制优化具有重要意义。


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