VM循环热泵系统性能仿真分析与优化

发布时间：2017-09-19 21:34

  本文关键词：VM循环热泵系统性能仿真分析与优化

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【摘要】：中国是世界最大的能源消费国,充分利用余热资源,对于缓解能源危机具有重要意义。VM循环热泵作为热能驱动的热泵技术,在小容量应用范围内具有很好的应用前景。但在实际运行过程中的性能系数比理论计算值偏小,因此本文采用数学建模、Matlab软件编程等方法,对余热驱动VM循环热泵进行系统性能仿真分析与优化。首先建立VM循环热泵的部件模型并确定其结构参数,在给定热泵工况下,计算得到理论热泵性能系数为2.4,理论?效率为0.23。如考虑回热损失、流阻损失、穿梭损失、泵气损失、换热器换热损失以及冷量损失等,实际热泵性能系数为1.5,实际?效率为0.15。热泵的理论性能系数约为实际值的两倍,并且回热损失、流阻损失占总损失的比例约为83%。接着对VM热泵常用的氢气、氦气和氮气三种气体工质进行了分析比较,结果表明氦气在性能和安全性上都是较为理想的选择。以氦气为工质,在其他参数保持不变的情况下,研究特定参数对热泵性能的影响,结果表明:热源温度较低时,热泵的实际?效率更大,热源温度在800~900K范围内时,实际热泵系数达到最大;循环压力为(6~6.5)×108Pa,实际热泵系数和?效率达到最大;在容积比约为15时,实际热泵系数和实际?效率达到最优;当转速在200~300rpm范围时,热泵的实际热泵系数以及实际?效率均为最大值。最后对VM热泵进行优化分析。若以实际?效率作为目标函数,低温余热更适合作为热泵的驱动热源;若以实际热泵系数作为目标函数,则选用中温余热作为驱动热源更合适。长度短、直径大的回热器,造成的流阻损失更小,同样填料直径大、孔隙率大的回热器引起的流阻损失也更小;降低回热损失的方法有加大换热面积、强化换热过程等;在推移活塞与汽缸间的径向间隙为0.6×10-3m、推移活塞长度为0.83m时,热泵的穿梭损失和泵气损失之和最小。
【关键词】：VM循环热泵 部件建模 热力学计算 性能仿真分析 系统优化
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 本课题研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本课题研究内容13-14
• 第2章 余热驱动VM循环热泵的热力学分析14-27
• 2.1 余热驱动VM循环热泵14-16
• 2.1.1 系统结构14-15
• 2.1.2 工作原理15-16
• 2.2 系统建模16-26
• 2.2.1 内部容积16-18
• 2.2.2 汽缸18-20
• 2.2.3 活塞20-21
• 2.2.4 曲轴连杆21-22
• 2.2.5 回热器22-23
• 2.2.6 换热器23-25
• 2.2.7 外部热源25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 VM循环热泵系统的热力学分析27-38
• 3.1 热泵工况下的VM热泵理论分析27-29
• 3.2 VM循环热泵实际过程中的损失计算29-35
• 3.3 VM循环热泵?分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 VM循环热泵系统性能影响分析38-49
• 4.1 工质对VM热泵系统性能的影响38-40
• 4.1.1 三种工质的性质38-39
• 4.1.2 三种工质对热泵性能的影响39-40
• 4.2 工况参数对VM热泵系统性能的影响40-44
• 4.2.1 热源温度对系统性能的影响40-41
• 4.2.2 循环平均压力对系统性能的影响41-42
• 4.2.3 容积比对VM热泵性能影响42-43
• 4.2.4 转速对热泵性能的影响43-44
• 4.3 组合参数对VM热泵性能的影响44-47
• 4.3.1 热源温度与循环压力组合44-45
• 4.3.2 热源温度与转速组合45-46
• 4.3.3 热源温度与容积比组合46-47
• 4.4 确定主、次要影响因素47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 VM循环热泵系统的性能优化49-55
• 5.1 过程参数的优化49-50
• 5.1.1 最佳驱动热源的选取49-50
• 5.1.2 最佳循环压力、容积比、转速的选取50
• 5.2 回热器的优化50-52
• 5.2.1 减小流阻损失的方法51-52
• 5.2.2 减小回热损失的方法52
• 5.3 其他部件的结构优化52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第6章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作61-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-63
• 致谢63

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本文编号：884051