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混合工质变浓度容量调节热泵系统的理论与实验研究

作　者: 胡永亮
导　师: 陈光明
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 混合工质变浓度中间进液神经网络优化空气源热泵
分类号: TB65
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

混合工质变浓度容量调节是指利用非共沸混合工质的组成特性,通过改变系统中混合工质的浓度配比,对系统的制冷量或制热量进行调节。与其它容量调节方式相比,这种调节方式不产生附加能量损失,并且可以避免变频压缩机所存在的共振、密封不良等诸多问题,可以获得更好的调节效果,具有很好的应用前景。本文在前人研究基础上,提出了新的方法,克服了原有系统的缺陷,并从理论和实验两个方面对这种新型混合工质空气源热泵系统进行了研究,主要研究内容如下: 1.对混合工质变浓度容量调节系统的发展历史及国内外研究现状进行了归纳分析,在此基础上,提出了一种新型变浓度装置并连接于系统的低压侧,结构和控制都相对简单。 2.简要回顾了国内外变浓度容量热泵系统中混合工质的研究进展,结合理论和试验结果,首次提出了在变容量热泵系统中使用三元混合工质的概念;然后,通过数值模拟选出了具有较大潜力的R32/R125/R227ea、R32/R143a/R227ea、R32/R143a/R134a和R32/R125/R134a三元非共沸混合工质,并综合考虑混合工质的热力学循环特性、分馏特性及环保性指标,最终采用了R32/R125/R134a作为后续变浓度容量调节研究的循环工质,并提出了由变浓度装置实现R407C向R410A转变的构想。 3.比较了二元和三元混合工质在简单分馏和精馏分离装置中分离效果的差异,并对变浓度系统在操作过程中出现的系统和储液灌制冷剂质量随浓度改变而迁移的现象进行了分析,找出了本系统制冷剂质量随浓度改变的关系。 4.从改善系统结构、采用新的制冷剂和压缩机中间进液三个方面对如何降低压缩机排气温度进行了定性分析和理论计算,并通过神经网络建立了以吸气压力为控制信号的变浓度容量调节热泵系统模型,找到了降低压缩机排气温度的有效方法。 5.设计并搭建了新型中间进液变浓度容量调节热泵系统实验台,采用R32/R134a为工质,并以实验为基础,以神经网络为工具,对吸气压力进行了优化计算,找到了最优的吸气压力。然后在此压力下对不同排气温度下的系统进行了实验研究,并与纯质R22常规热泵系统进行了比较。实验结果验证了理论模型的

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-23
  1．1 本课题的研究背景及意义  9-13
    1．1．1 热泵的技术优势及意义  9-10
    1．1．2 热泵使用中的主要问题及解决思路  10-11
    1．1．3 混合工质变浓度调节在热泵系统中运用的意义  11-13
  1．2 目前所研究的几种容量调节方法  13-17
    1．2．1 外侧换热流体调节  13
    1．2．2 压缩机调节  13-17
      1．2．2．1 压缩机的间歇运行调节  13-14
      1．2．2．2 压缩机变速调节  14-16
      1．2．2．3 压缩机容积量调节  16
      1．2．2．4 压缩机吸气压力调节  16-17
  1．3 混合工质变浓度容量调节的最新研究进展  17-22
    1．3．1 在冷凝器出口与膨胀阀进口之间  17-18
    1．3．2 在冷凝器出口与蒸发器进口之间  18-19
    1．3．3 在冷凝器出口与压缩机吸气口之间  19-20
    1．3．4 在蒸发器出口与压缩机吸气口之间  20-22
  1．4 本文的主要研究工作  22-23
第二章三元混合工质的选取  23-32
  2．1 三元混合工质的选取  24-30
    2．1．1 三元混合工质取代二元工质的比较  24
    2．1．2 三元混合工质选取的基本原则  24-25
    2．1．3 三元混合工质的初步选取  25
    2．1．4 变浓度循环性能数值模拟及分析  25-28
    2．1．5 温度滑移及相对挥发度  28-30
  2．2 传统热泵与三元工质变浓度热泵运行特性的比较  30
  2．3 结论与讨论  30-32
第三章混合工质分离的理论分析  32-38
  3．1 两种分离系统的原理分析  32-34
    3．1．1 简单分馏系统  32-33
    3．1．2 精馏分离系统  33-34
  3．2 两种分离装置中混合工质质量迁移分析  34-37
    3．2．1 基本关系  34-35
    3．2．2 结果及分析  35-37
  3．3 本章总结  37-38
第四章系统运行性能及特性分析  38-55
  4．1 结构参数对排气温度的影响  38-39
  4．2 二元和三元混合工质的运行性能比较与分析  39-50
    4．2．1 比较方法  39
    4．2．2 基本模型  39-40
    4．2．3 常规热泵的性能模拟  40-43
    4．2．4 神经网络的应用和处理结果及讨论  43-50
      4．2．4．1 神经网络基础知识  43-45
      4．2．4．2 神经网络在变浓度热泵中的应用  45-46
      4．2．4．3 预测结果及分析  46-50
  4．3 滚动转子压缩机中间进液的运行特性分析  50-53
    4．3．1 带中间进液滚动转子压缩机的结构  50-52
    4．3．2 中间进液压缩制冷循环的热力学分析  52-53
    4．3．3 讨论  53
  4．4 本章总结  53-55
第五章实验研究  55-76
  5．1 实验系统介绍  55-62
    5．1．1 实验系统图  55-56
    5．1．2 分离装置结构及工作原理  56-57
    5．1．3 循环主系统  57
    5．1．4 实验测试系统  57-62
      5．1．4．1 风循环系统  57-58
      5．1．4．2 水循环系统  58
      5．1．4．3 电气控制系统  58
      5．1．4．4 实验测量系统  58-60
      5．1．4．5 自动控制系统  60-61
      5．1．4．6 计算机数据采集和测控系统  61-62
  5．2 中间进液变浓度容量调节风冷热泵系统的实验研究  62-75
    5．2．1 R32/R134a(33．1/66．9 wt%)与 R22系统的稳态性能对比实验研究  62-64
    5．2．2 基于实验数据的吸气压力优化  64-71
      5．2．2．1 不同浓度下的稳态实验研究  64-66
      5．2．2．2 吸气压力的神经网络优化  66-71
    5．2．3 基于最优吸气压力的排气温度控制实验研究  71-75
      5．2．3．1 控制策略  71
      5．2．3．2 实验研究  71-74
      5．2．3．3 制热季节能效比比较  74-75
  5．3 本章小结  75-76
第六章总结与展望  76-79
  6．1 主要结论  76-77
  6．2 建议及展望  77-79
参考文献  79-82
发表的学术论文  82-83
致谢  83

混合工质变浓度容量调节热泵系统的理论与实验研究

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