二氧化碳热泵系统中气体冷却器的数值模拟与实验研究
发布时间：2023-01-25 19:28
基于现有氟氯烃类制冷剂的种种不足之处,二氧化碳工质作为制冷剂的跨临界热泵机组对臭氧层无破坏、温室效应潜能极小;系统稳定性高、安全性好;并且具有较高的制热能效比而引起广泛的关注与研究。国内二氧化碳热泵机组基本都是集中于大型工业商业化的大型设备,而针对中小型家庭,其普及使用率还处于特别低的水平。为此需要对小型二氧化碳热泵机组进行设计并进行相关换热特性的实验研究,在加深气冷器对换热影响理解的基础上,能够为今后CO2小型化的应用普及提供相关技术支持与参考。本文从理论设计和现场实际应用方面开发了一套用于家庭小型CO2热泵系统,并对系统中的主要换热部件进行了计算选型,确定了主要设备的结构形式,在搭建实验台的基础上对相关实验方案进行了概括。本文通过Fluent对气体冷却器中不同结构形式的换热内管采用了数值模拟的方法进行了分析,一种模型是水平涡状管,模拟通过改变制冷剂质量流量及管径的大小,分析了格拉晓夫数以及传热系数的变化情况及其变化产生的原因;另一种模型是扭曲螺旋管,研究了在不同质量流量前提下扭距为100 mm及无扭曲状态下的水平椭圆管管内超临界CO
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 二氧化碳热泵技术的国内外研究现状
1.2.1 CO_2热泵仿真系统的研究
1.2.2 跨临界CO_2热泵系统气体冷却器的研究
1.2.3 跨临界CO_2热泵系统回热器的研究
1.3 跨临界CO_2热泵循环效率提升的方法
1.4 跨临界CO_2热泵循环强化传热的研究
1.5 本文的研究内容及意义
1.5.1 课题研究的内容
1.5.2 课题研究的意义
第2章 CO_2热泵机组主要换热部件的计算与选型
2.1 CO_2热泵机组原理图
2.2 压缩机的计算与选型
2.2.1 压缩机热功率的计算
2.2.2 最优高压值的确定
2.2.3 压缩机的选择与确定
2.3 气冷器的设计
2.3.1 气冷器设计参数的确定
2.3.2 气冷器水侧换热系数的确定
2.3.3 气冷器制冷剂侧换热系数的确定
2.3.4 气冷器总换热系数的确定
2.3.5 气冷器总换热面积的确定
2.4 蒸发器的设计
2.4.1 空气的物性
2.4.2 蒸发器结构参数的选定
2.4.3 蒸发器管壁厚度安全性的校核
2.4.4 空气侧换热系数的计算
2.4.5 管内CO_2蒸发时表面传热系数的计算
2.4.6 蒸发器总换热系数的确定
2.4.7 蒸发器换热面积的确定
2.4.8 蒸发器结构尺寸的确定
2.5 回热气换热面积的确定
2.6 气液分离器的选型设计
2.7 风机的选型设计
2.8 油分离器的选型设计
2.9 本章小结
第3章 基于采用水平涡状管的气冷器内CO_2换热特性的数值模拟
3.1 物理模型与数学模型的建立
3.1.1 物理模型
3.1.2 数学模型
3.2 边界条件的设定
3.2.1 网格的读取及网格质量的验证
3.2.2 操作条件的设置
3.2.3 求解器的设置
3.2.4 材料属性的定义
3.2.5 边界条件的设置
3.2.6 求解方法及初始化的设置
3.3 网格无关性验证
3.4 模拟结果及分析
3.4.1 超临界CO_2管内冷却换热特性数值模拟的对比
3.4.2 质量流量对超临界CO_2在水平涡状管内流动特性的影响
3.4.3 管径对超临界CO_2在水平涡状管内流动特性的影响
3.5 本章小结
第4章 基于采用扭曲椭圆管的气冷器内CO_2换热特性的数值模拟
4.1 物理模型的建立
4.2 数值模拟求解设置
4.3 网格无关性验证
4.4 模拟结果及分析
4.4.1 CO_2在水平扭曲椭圆管内的冷却换热特性数值模拟
4.4.2 椭圆管的压扁程度及扭曲程度对CO_2在管内流动特性的影响
4.5 本章小结
第5章 小型CO_2热泵系统实验方案设计
5.1 实验系统的布置
5.1.1 制冷循环系统
5.1.2 水循环系统
5.1.3 数据测量系统
5.1.4 数据采集系统
5.2 实验方案的设计
5.2.1 气密性试验检查
5.2.2 实验方案
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3731703
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 二氧化碳热泵技术的国内外研究现状
1.2.1 CO_2热泵仿真系统的研究
1.2.2 跨临界CO_2热泵系统气体冷却器的研究
1.2.3 跨临界CO_2热泵系统回热器的研究
1.3 跨临界CO_2热泵循环效率提升的方法
1.4 跨临界CO_2热泵循环强化传热的研究
1.5 本文的研究内容及意义
1.5.1 课题研究的内容
1.5.2 课题研究的意义
第2章 CO_2热泵机组主要换热部件的计算与选型
2.1 CO_2热泵机组原理图
2.2 压缩机的计算与选型
2.2.1 压缩机热功率的计算
2.2.2 最优高压值的确定
2.2.3 压缩机的选择与确定
2.3 气冷器的设计
2.3.1 气冷器设计参数的确定
2.3.2 气冷器水侧换热系数的确定
2.3.3 气冷器制冷剂侧换热系数的确定
2.3.4 气冷器总换热系数的确定
2.3.5 气冷器总换热面积的确定
2.4 蒸发器的设计
2.4.1 空气的物性
2.4.2 蒸发器结构参数的选定
2.4.3 蒸发器管壁厚度安全性的校核
2.4.4 空气侧换热系数的计算
2.4.5 管内CO_2蒸发时表面传热系数的计算
2.4.6 蒸发器总换热系数的确定
2.4.7 蒸发器换热面积的确定
2.4.8 蒸发器结构尺寸的确定
2.5 回热气换热面积的确定
2.6 气液分离器的选型设计
2.7 风机的选型设计
2.8 油分离器的选型设计
2.9 本章小结
第3章 基于采用水平涡状管的气冷器内CO_2换热特性的数值模拟
3.1 物理模型与数学模型的建立
3.1.1 物理模型
3.1.2 数学模型
3.2 边界条件的设定
3.2.1 网格的读取及网格质量的验证
3.2.2 操作条件的设置
3.2.3 求解器的设置
3.2.4 材料属性的定义
3.2.5 边界条件的设置
3.2.6 求解方法及初始化的设置
3.3 网格无关性验证
3.4 模拟结果及分析
3.4.1 超临界CO_2管内冷却换热特性数值模拟的对比
3.4.2 质量流量对超临界CO_2在水平涡状管内流动特性的影响
3.4.3 管径对超临界CO_2在水平涡状管内流动特性的影响
3.5 本章小结
第4章 基于采用扭曲椭圆管的气冷器内CO_2换热特性的数值模拟
4.1 物理模型的建立
4.2 数值模拟求解设置
4.3 网格无关性验证
4.4 模拟结果及分析
4.4.1 CO_2在水平扭曲椭圆管内的冷却换热特性数值模拟
4.4.2 椭圆管的压扁程度及扭曲程度对CO_2在管内流动特性的影响
4.5 本章小结
第5章 小型CO_2热泵系统实验方案设计
5.1 实验系统的布置
5.1.1 制冷循环系统
5.1.2 水循环系统
5.1.3 数据测量系统
5.1.4 数据采集系统
5.2 实验方案的设计
5.2.1 气密性试验检查
5.2.2 实验方案
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3731703
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3731703.html
