论文部分内容阅读
热回收热泵热水系统是安全、高效、节能的新型热水系统。商用的热回收热泵热水产品在市场上已逐渐受到大众青睐，也受到许多研究者的关注。本文分析了大量热泵及传热方面的研究成果，结合实验建立了以R410A为工质的热回收热泵热水系统的数学仿真模型。并利用数学仿真模型对热泵的运行过程及各项性能影响因素进行了分析。
本文将PR立方形状态方程与偏差函数理论、自由体积理论相结合建立了R410A的熵、焓、密度及动力黏度的计算模型。采用多项式拟合的方法建立了R410A的定压比热容、导热系数及表面张力的计算模型。所得所有计算结果与REFPROP样本数据进行对比，其平均相对误差均小于6.3％。本文利用IAPWS-IF97推荐的水模型建立了水的热物理性质及迁移性质参数的计算模型，所得各项计算结果与样本数据的平均相对误差均小于2.0％。
本文采用压缩机稳态效率模型建立了滚动转子压缩机的仿真计算模型，采用稳态分布参数模型理论建立了套管式冷凝器的仿真计算模型。采用稳态集中参数模型理论建立了板式蒸发器的仿真计算模型。根据等焓原则建立了电子膨胀阀的计算模型。结合上述所有模型，建立了热回收热泵热水系统的仿真计算模型。所得仿真计算结果与验证实验结果相对比，各模型所得仿真计算结果与实验值的平均相对误差均小于10％，模型符合工程仿真应用的要求。
利用上述仿真模型对热回收热泵热水系统的运行过程及性能系数变化进行了仿真计算。由计算结果分析可知，在系统的运行过程中，水箱中循环水不断被加热，水温不断升高，热泵系统中蒸发温度、蒸发压力、冷凝温度、冷凝压力均随之升高，系统的消耗功率升高、系统的制热量下降，系统的性能系数下降，系统的制热能力下降。
在此基础上，对热回收热泵热水系统运行过程中，蒸发器及冷凝器内的换热过程进行了仿真计算。由计算结果可知，在热回收热泵系统的运行过程中，蒸发器及冷凝器中两相相变换热过程所占换热面积增大时，系统的性能系数增大;两相相变换热过程所占面积减小时，系统的性能系数减小。综上分析可知，热回收热泵热水系统的两相相变换热过程对热泵的性能系数影响较大。由此可以推断，换热器中两相相变换热过程所产生的热量是热泵工质循环系统内主要的热量来源。
本文继续分析了循环水流量变化对热泵性能的影响。在仿真计算模型中，分别计算了系统循环水流量为1.5m3/h、1.75m3/h、2.25m3/h情况下，系统的循环水出水温度及系统的性能系数。由计算结果分析可知，系统的循环水出水温度随循环水流量的增大而减小，系统的性能系数随系统的循环水流量的增大而增大。
同时，本文还分析了换热器结构尺寸变化对热泵系统性能的影响。在仿真计算模型中，分别给定32片板、38片板、44片板、50片板的板式蒸发器及5.8m、6.4m、7m及7.6m管长的套管式冷凝器进行计算。通过仿真计算结果可知，在其他条件均不改变时，系统的性能系数随套管冷凝器结构尺寸的增大而增大，随板式蒸发器的尺寸增大而减小。
本文将PR立方形状态方程与偏差函数理论、自由体积理论相结合建立了R410A的熵、焓、密度及动力黏度的计算模型。采用多项式拟合的方法建立了R410A的定压比热容、导热系数及表面张力的计算模型。所得所有计算结果与REFPROP样本数据进行对比，其平均相对误差均小于6.3％。本文利用IAPWS-IF97推荐的水模型建立了水的热物理性质及迁移性质参数的计算模型，所得各项计算结果与样本数据的平均相对误差均小于2.0％。
本文采用压缩机稳态效率模型建立了滚动转子压缩机的仿真计算模型，采用稳态分布参数模型理论建立了套管式冷凝器的仿真计算模型。采用稳态集中参数模型理论建立了板式蒸发器的仿真计算模型。根据等焓原则建立了电子膨胀阀的计算模型。结合上述所有模型，建立了热回收热泵热水系统的仿真计算模型。所得仿真计算结果与验证实验结果相对比，各模型所得仿真计算结果与实验值的平均相对误差均小于10％，模型符合工程仿真应用的要求。
利用上述仿真模型对热回收热泵热水系统的运行过程及性能系数变化进行了仿真计算。由计算结果分析可知，在系统的运行过程中，水箱中循环水不断被加热，水温不断升高，热泵系统中蒸发温度、蒸发压力、冷凝温度、冷凝压力均随之升高，系统的消耗功率升高、系统的制热量下降，系统的性能系数下降，系统的制热能力下降。
在此基础上，对热回收热泵热水系统运行过程中，蒸发器及冷凝器内的换热过程进行了仿真计算。由计算结果可知，在热回收热泵系统的运行过程中，蒸发器及冷凝器中两相相变换热过程所占换热面积增大时，系统的性能系数增大;两相相变换热过程所占面积减小时，系统的性能系数减小。综上分析可知，热回收热泵热水系统的两相相变换热过程对热泵的性能系数影响较大。由此可以推断，换热器中两相相变换热过程所产生的热量是热泵工质循环系统内主要的热量来源。
本文继续分析了循环水流量变化对热泵性能的影响。在仿真计算模型中，分别计算了系统循环水流量为1.5m3/h、1.75m3/h、2.25m3/h情况下，系统的循环水出水温度及系统的性能系数。由计算结果分析可知，系统的循环水出水温度随循环水流量的增大而减小，系统的性能系数随系统的循环水流量的增大而增大。
同时，本文还分析了换热器结构尺寸变化对热泵系统性能的影响。在仿真计算模型中，分别给定32片板、38片板、44片板、50片板的板式蒸发器及5.8m、6.4m、7m及7.6m管长的套管式冷凝器进行计算。通过仿真计算结果可知，在其他条件均不改变时，系统的性能系数随套管冷凝器结构尺寸的增大而增大，随板式蒸发器的尺寸增大而减小。