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自复叠热泵换热过程的实验研究

吴啸  
【摘要】: 随着能源和环境问题的日益突出,热泵作为新型的加热装置,由于其具有节能、环保、安全的特点,越来越受到人们的重视。与传统的单级热泵和自然复叠式热泵相比,自复叠热泵具有结构简单、低压比等特点,在工业余热的利用和寒冷地区的供暖等方面有广阔的应用前景。本文总结了前期自复叠热泵系统中存在的一些问题,并加以改进,在改进后的实验台上进行了实验研究和分析。主要内容如下: 1.对自复叠热泵进行了稳态平衡实验,并进行了热力学分析。结果表明稳态工况下系统满足质量守恒和能量守恒定律,压缩机明显偏离可逆绝热压缩以及蒸发冷凝器换热温差过大,两者火用损失过大,是造成自复叠热泵循环性能系数偏低的主要原因,因此对系统的进一步优化应主要集中在这两个部件。 2.进行了稳态下变节流阀控制实验,分析了主支流节流开度的变化对冷凝蒸发器换热过程以及系统性能的影响规律。实验结果表明冷凝蒸发器的换热过程夹点出现在端部。在给定主流节流阀开度或支流节流阀开度下,冷凝蒸发器的火用损失都随另一个阀开度减少而呈现先减小后增大的趋势,同时主流节流阀开度对冷凝蒸发器火用损失的影响比支流节流阀的影响要显著。稳定工况下,存在一组使冷凝蒸发器的火用损率最小的主流节流阀开度和支流节流阀开度,在这一组开度下系统COP并不是最高的,系统COP随两阀开度的减少而逐渐增大,系统的平均COP为1.75左右,最大COP可以达到2.0左右,减少节流阀开度可以提高系统的性能。 3.通过大量的实验得出在自复叠热泵系统中存在一些特殊现象,存在气液分离器液体温度偏低、蒸发器出现换热系数过小、非稳定膜态沸腾现象以及蒸发器制冷量过小,但仍能循环等特殊的现象,这些现象在理论基础上无法解释。针对这些现象,进行了详细的描述与讨论,分析并结合实验数据给出一些见解与推测。


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