论文部分内容阅读
热泵的高温化首先在于蒸发温度的提高，这可以进一步实现对余热资源，尤其是常温热泵无法利用的大量工业余热的回收利用。另一方面是提高冷凝温度，可使热泵产出的热量直接应用于工业加热中。由于我国工业余热资源丰富且能源需求巨大，故热泵的高温化具有广阔的市场前景，有着缓解能源紧张的重要意义。基于这个思路，本文提出一种热泵蒸汽系统，它的原理是将热泵系统工作的温度区间进一步提高，并通过引入闪蒸子系统将高温热水转化为蒸汽。目前国内对热泵蒸汽系统的研究仍处于起步阶段，相关文献较少，更无实验或商业化机组出现，因此，为了实现热泵蒸汽系统在我国的推广应用，本课题对于该系统循环理论和实验的研究将具有开创性的意义。 在理论研究方面，为了筛选出适宜的工质，建立了热泵蒸汽系统的简单热力学模型，经过对采用四种待选工质和R114的系统在不同冷凝温度下循环性能的对比分析，选定具有良好循环性能及环境友好性的R245fa作为系统工质。然后对系统的循环方式进行优化，将准两级压缩和过冷器引入简单系统中，对比结果显示在115℃～135℃冷凝温度范围内，COP平均可提高13.5％，同时排气温度与综合压缩分别降低1.72℃、19.2％。接着对经济器和过冷器的工质过冷度参数进行了优化，优化后的改进系统的COP平均可提高32.36％。此外，重点分析了热源水输入温度、压缩机等熵效率及吸气过热度、闪蒸温度（温差）和补水温度参数对循环性能的影响。 在实验研究方面，搭建的实验机组在典型工况下输出了106.98kg/h的100℃蒸汽，满足了设计要求，但机组输出热量与模拟工况差距较大，原因在于压缩机在典型工况下的容积效率和综合效率过低，为了提高系统模型的模拟精度，根据压缩机的吸排气点工质的实验数据对压缩机的等熵效率、容积效率和综合效率进行计算，并分别得出拟合公式。在变工况条件下，实验结果与理论模拟结果较为吻合，热源输入温度的提高对COP和冷凝换热量的提升作用、压缩机吸气过热度对排气过热度的正比影响、开启经济器及增加补气量对系统功率、制热量和COP的提升作用均得到了验证，说明了理论模型的正确性。