二氧化碳跨臨界循環(huán)熱泵系統(tǒng)不同蒸發(fā)器的性能分析與試驗研究.pdf

1、隨著人們環(huán)境保護意識的增強，常規(guī)人工合成制冷劑由于具有臭氧層破壞勢和溫室效應(yīng)勢，其替代問題已成為制冷空調(diào)行業(yè)的研究熱點。自然工質(zhì) CO2具有良好的環(huán)保性和優(yōu)良的熱力學(xué)特性，是制冷劑替代和發(fā)展的一種理想選擇之一。隨著 CO2制冷熱泵系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴大，系統(tǒng)容量也會不斷的增加，因此本文針對 CO2跨臨界循環(huán)水-水熱泵系統(tǒng)適用于不同容量的蒸發(fā)器開展了研究。
　　本文結(jié)合可持續(xù)發(fā)展觀及環(huán)境保護回歸自然的理念，提出了制冷熱泵系統(tǒng)的綜合

2、評價體系，該體系從以下三個方面進行量化：一是用自然度評價制冷劑影響自然界的程度；二是用熱力完善度評價系統(tǒng)效率接近卡諾循環(huán)的程度；三是對于制冷或熱泵整個系統(tǒng)，包括熱源和終端，提出了系統(tǒng)的理想度。并分別進行了量化計算，得到的結(jié)果可為系統(tǒng)的評價和改進提供參考。
　　針對自然度優(yōu)良的CO2制冷熱泵系統(tǒng)，本文首先對帶套管式蒸發(fā)器的CO2水-水熱泵進行了理論分析及試驗研究，以此作為本文CO2水-水熱泵的試驗基準(zhǔn)。研究探討了內(nèi)部參數(shù)及外部參數(shù)水

3、溫、水流量對系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，得到以下結(jié)論：提高吸氣過熱度對系統(tǒng)效率影響不大，但會導(dǎo)致壓縮機排氣溫度升高。降低氣體冷卻器出口溫度可以提高系統(tǒng)效率；減小冷卻水的流量或增大冷卻水進口溫度，均可使熱水溫度升高，但此時的制熱COP下降；增大冷凍水進口溫度或水流量，制熱COP與熱水溫度均提高。
　　本文把在大容量常規(guī)制冷劑系統(tǒng)中具有較好效果的降膜式蒸發(fā)器引入到了CO2熱泵系統(tǒng)，開展了CO2降膜蒸發(fā)器的基礎(chǔ)研究。在降膜蒸發(fā)換熱過程中，干斑的

4、形成會使換熱系數(shù)急速下降，而干斑極易在液膜變薄的地方產(chǎn)生。為了解管外的液膜分布情況及分析蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)尺寸對液膜分布情況的影響，本文通過CFD數(shù)值模擬計算，得到了CO2降膜的流動過程及管外液膜厚度的分布規(guī)律及管徑、管間距、布液器開孔孔徑和布液器高度對液膜厚度的影響。
　　依據(jù)CFD模擬結(jié)果設(shè)計了CO2降膜式蒸發(fā)器，通過試驗分析了水平管束式CO2降膜蒸發(fā)器換熱性能。試驗結(jié)果表明：隨著蒸發(fā)溫度、熱流密度及工質(zhì)流量的增大，制冷劑側(cè)換熱系數(shù)

5、和總的傳熱系數(shù)均呈增長的趨勢。管束上部換熱管的換熱系數(shù)大于下部換熱管換熱系數(shù)，管束中間換熱管的換熱系數(shù)大于兩邊換熱管的換熱系數(shù)。變蒸發(fā)溫度、熱流密度時，管間流型是柱狀流。變工質(zhì)流量時，出現(xiàn)了滴狀流向柱狀流的轉(zhuǎn)變。在試驗條件下，工質(zhì)流量為212kg/h時，同時出現(xiàn)了滴狀流和柱狀流。
　　通過結(jié)構(gòu)強度分析及換熱和系統(tǒng)性能試驗研究，得到滿液式蒸發(fā)器及降膜式蒸發(fā)器在CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)上都可安全高效地運行。在同樣的外部熱源參數(shù)下，降膜式蒸