基于MATLAB的二氧化碳热泵热水器系统仿真与实验研究

发布时间：2020-05-21 15:23

【摘要】：二氧化碳跨临界循环热泵热水机组作为新一代的热水制取设备,在节能、环保和高效等方面具有十分显著的优势,但CO_2流体在超临界区物性参数变化剧烈和系统运行压力高等特点给CO_2热泵热水机的系统设计与优化增加了难度。因此,本文针对某款CO_2热泵热水机主要做了如下工作:(1)参考传统热泵系统的建模方法,在MATLAB中建立用于CO_2跨临界循环各部件的稳态数学模型,并在此基础上在SIMULINK平台中建立了系统的仿真计算模型;(2)在环境模拟焓差实验室中测试和分析了在不同环境温度和不同出水温度对该机组的输入功率和制热量等运行参数的影响;依据测试数据修正各模型参数来提高计算精度,并拟合得到了压缩机的漏热系数与出水温度和环境温度之间的关联式;(3)分别利用部件和系统仿真模型分析了机组高温出水时气体冷却器的传热特性和其换热面积对传热特性的影响,并分析在特定工况下回热器大小对系统运行参数的影响;经过上述阶段性工作,本文得出了如下结论:机组高温出水时气体冷却器中传热特性的恶化主要是由于超临界CO_2流体物性特性和水流量的影响且传热面积的增大能缓解该衰减现象但效果有限;在考虑节流损失时,回热器存在最佳的换热面积使得在特定工况下的节流损失最小、制热量最大和系统能效比最大。
【图文】：

炉耗能严重、能效低且产生较大污染等原因，国家已有明确的政燃煤锅炉；太阳能热水器是利用太阳能来制取热水，环保且能效易受到环境影响；电热水器无污染但能效低；热泵热水器尤其是器作为新一代的热水制取热备具有相当高的制热效率，虽然有廉的运行和维护费较低使其成本的回收周期相对可观。因此，二在节能、环保、安全和便捷性等方面具有十分显著的优势[2]。剂替代与 CO2，空气源与地源热泵技术或空气源、地源与太阳能等之间的相互到了大范围的应用，但其中的循环工质仍为传统的制冷剂如 Ra 等。而现阶段正处于制冷剂替代工作的关键阶段——第四阶段冷剂的大规模应用导致了另一个环境问题——全球变暖，从 20内开始了 0ODP 和低 GWP 制冷剂的开发和应用，主要有两个方的 0ODP 和低 GWP 的制冷剂，另一个是自然工质，如 R290。

图 1.2 常见制冷剂的环境特性(ODP 和 GWP)[30]Figure1.2 Environmental characteristics of common refrigerants (ODP and GWP)[4]我国已在 2007 年完成了 CFCs 的替代工作，，提前两年半实现《蒙特利尔中议定的目标。而在 2016 年世界各国在《蒙特利尔协议书》的基础上围体包括 HFCs 的削减目标下达成的《基加利修正案》将加快新一轮的制冷作——用低 GWP 的制冷剂来替代高 GWP 的制冷剂[5]。二氧化碳作为一表 1.2 传统工质的特性对比Table1.2 Comparison of characteristics of traditional working fluids冷剂15℃时的压力（MPa）70℃时的压力（MPa）压比70℃时的汽化潜热（kJ/kg）15℃时的密（kg/m3）R134a 0.49 2.12 4.3 124 23.8R407c 0.75 3.5 4.7 107 31.9R600 0.18 0.81 4.5 307 4.5R600a 0.26 1.09 4.2 269 6.8R717 0.73 3.31 4.5 939 5.7
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU822

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本文编号：2674500