基于蒙特卡罗法的金属网格式回热器性能模拟及优化

发布时间：2017-09-07 09:05

  本文关键词：基于蒙特卡罗法的金属网格式回热器性能模拟及优化

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【摘要】：降低供热空调系统的能耗对于建筑节能十分重要。VM循环热泵作为一种小容量热能驱动热泵技术,可充分利用低品位能源,有利于减少环境污染和节约能源消耗。由于回热器对VM循环热泵的性能和效率起着关键性的作用,因此,本文以金属网格式回热器为研究对象,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,研究回热器的传热特性。根据VM循环热泵的工作原理和计算参数,选择层叠金属网格式作为回热器的型式,并进行了初步设计。确定了回热器的长度和直径,采用300目不锈钢为填充材料,以金属网格式回热器为例,计算其回热器效率及各项损失,得到回热器效率为0.949。这说明可以采用层叠金属网格式回热器,但其效率还有可提升的空间。为提高效率,从微观分子学的角度,运用蒙特卡罗方法,根据已有文献的参数进行模拟,分析回热器内的传热过程。对模拟结果与文献的实验结果进行对比分析,得到二者的平均误差大约为1.16%,并进行回热器在循环周期内的温度场分布和回热器效率变化分析。当VM循环热泵的冷、热回热器的工作温度分别在260K~320K和350K~800K之间时,温度是沿轴向线性分布的;在255K~260K和330K~350K时,温度呈非线性变化;当冷、热回热器的工作温度在250K~255K和320K~330K之间时,回热器内温度几乎不变。对应的回热器效率在不同时刻也是发生变化的,但变化幅度较小,因此可选择合适的结构参数,来提高回热器效率。回热器的孔隙率和长径比是层叠金属网格式回热器的重要结构参数。从热源温度、系统压力、转速、容积比和工质等五个方面研究了回热器的孔隙率、长径比和网格形状的变化。结果表明,在本文计算工况下,孔隙率的最佳取值范围为0.58-0.6;长径比的最佳取值范围为4-7。对应的VM循环热泵系统的运行工况为热源温度为770-790K,系统压力为9.0-9.4MPa,容积比为9.2-9.6,转速为670-690rpm。此时计算的回热器效率为0.985,比初步设计值高3.79%。
【关键词】：VM循环热泵 层叠金属网格式回热器 蒙特卡罗法 回热器效率 性能优化
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本课题研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 VM循环热泵的研究现状11-12
• 1.2.2 回热器的研究现状12-14
• 1.2.3 蒙特卡罗方法的研究现状14-16
• 1.3 本课题研究内容16-17
• 第2章 VM循环热泵中回热器的性能研究17-34
• 2.1 概述17-20
• 2.1.1 VM循环热泵系统组成17-18
• 2.1.2 回热器结构特点18-20
• 2.2 金属网格式回热器20-28
• 2.2.1 金属网格式回热器的特点20-24
• 2.2.2 金属网格式回热器的初步设计24-27
• 2.2.3 金属网格式回热器的结构计算27-28
• 2.3 回热器对VM循环热泵的性能影响28-33
• 2.3.1 回热器效率28-29
• 2.3.2 回热器损失29-31
• 2.3.3 回热器性能计算31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 金属网格式回热器的性能模拟34-45
• 3.1 蒙特卡罗法34-37
• 3.1.1 蒙特卡罗法的基本原理34-35
• 3.1.2 蒙特卡罗方法简介35-37
• 3.1.3 蒙特卡罗法的特点37
• 3.2 模拟数据与实验数据的比较37-39
• 3.2.1 实验数据和模拟数据的来源37-38
• 3.2.2 结果分析38-39
• 3.3 金属网格式回热器的性能模拟39-40
• 3.3.1 物理模型39
• 3.3.2 控制方程39-40
• 3.3.3 边界条件40
• 3.4 回热器在一个循环周期内温度变化的模拟结果40-42
• 3.5 回热器效率的变化42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 金属网格式回热器的性能优化45-62
• 4.1 VM循环热泵性能评价指标45-48
• 4.1.1 VM循环热泵理想性能系数45-46
• 4.1.2 VM循环热泵实际性能系数46-48
• 4.2 金属网格式回热器性能优化48-60
• 4.2.1 回热器结构参数的优化48-55
• 4.2.2 回热器工作参数的优化55-60
• 4.3 金属网格式回热器的确定60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作69-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：808623