直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析

【摘要】：本文在对大量中外技术文献调研的基础上,就直膨式太阳能辅助热泵技术在热水工程中的应用进行了系统分析研究。基于山东科技大学先进热泵实验室的前期研究成果,采用理论分析、数学建模与仿真分析的方法对直膨式太阳能热泵热水系统的实际运行性能及影响因素进行了综合分析,并针对直膨式太阳能热泵热水技术工程化应用发展过程中面临的显著问题开展了一系列的研究工作,主要体现在以下几个方面： 建立了直膨式太阳能热泵热水系统集中参数动态仿真模型,对典型工况下系统平均供热性能系数、压缩机耗电、热水加热耗时及集热器平均集热效率进行了仿真计算。针对青岛地区典型运行工况,利用仿真计算方法分析了直膨式太阳能热泵热水系统的变容量运行特性,深入研究了压缩机运行频率的变化对系统性能的影响,进而提出系统的变容量运行策略,从而在一定程度上缓解太阳辐射的不稳定性对直膨式系统造成的影响。 基于流体力学管道阻力计算理论,结合直膨式太阳能热泵系统的运行原理及特点,对太阳能集热／蒸发器进行了流动阻力计算,并由此对集热器的连接方式进行了比较分析。计算结果表明,集热器采用双管跨越式连接时,其内工质流动压降最为合理,此连接方式可应用于工程型直膨式太阳能热泵热水系统,从而实现系统中集热器的优化布置。 以连续性方程和动量方程为基础,建立了U型及Z型布置时集热器分、汇流集管的速度微分方程,在集管摩擦阻降远低于支管总阻降的条件下,得出集管压力分布及支管流量分布解析式,对比了两种布置条件下集热器流量分布特性,分析了影响集热器流量分布的主要因素,进而提出相关优化策略,以实现集热器流量的均匀分布。 分别针对单层盖板及裸板式集热器,计算其有效吸热量、集热效率,对比分析了两种情况下系统集热性能及影响因素,提出压缩机与集热器联合控制策略,将有、无透明盖板的集热器应用于同一系统,从而提高系统在低气温、高风速及太阳辐射较弱工况下运行的经济性,同时保证集热器与压缩机的动态匹配,以实现系统的高性能运行。 通过对直膨式太阳能热泵热水系统比较深入的分析,为太阳能热泵技术在热水工程领域的应用和推广提供了必要的理论和技术支持,加速了其产业化进程。 【关键词】：太阳能热泵 直膨式 热水系统 仿真分析 热力性能
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-27
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 DX-SAHP技术国内外研究、应用现状及发展趋势12-26
• 1.3 课题主要研究内容与方法26-27
• 2 直膨式太阳能热泵热水实验系统介绍27-35
• 2.1 SAHPM实验装置的工作原理27-28
• 2.2 SAHPM实验系统的优化28-30
• 2.3 系统的热力学描述30-34
• 2.4 本章小节34-35
• 3 直膨式太阳能热泵热水系统仿真分析35-53
• 3.1 系统数学模型的建立与求解35-42
• 3.2 系统变容量运行仿真分析42-44
• 3.3 内部参数对系统热力性能的影响分析44-48
• 3.4 外部参数对系统热力性能的影响分析48-51
• 3.5 本章小节51-53
• 4 太阳能集热/蒸发器压降计算、流量分布及性能优化研究53-70
• 4.1 太阳能集脚蒸发器压降计算及优化布置53-57
• 4.2 太阳能集掬蒸发器流量分布研究57-65
• 4.3 太阳能集热/蒸发器集热性能优化研究65-69
• 4.4 本章小节69-70
• 5 总结与展望70-73
• 5.1 全文总结70-72
• 5.2 课题展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况79

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