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相变储热型热泵热水器的理论与实验研究

作　者: 张海峰
导　师: 陈光明；王勤
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 热泵热水器相变储能模拟实验
分类号: TB65
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文提出一种将相变储能技术与热泵技术相结合的相变储热型热泵热水器。该装置能够充分发挥相变储能技术和热泵供热技术各自的优势,高效节能,适用于间歇供应生活用热水场合。本文综述了热泵供热水技术及相变储能技术发展的历史。设计了相变储热预热式结构,在加热冷水的过程中,采取预热与加热相结合的方式,冷水在相变储热器中预热升温一定幅度,然后进入热泵冷凝器吸收冷凝热,温度进一步提升到设定水温,供给中温生活用水。通过储热技术,提高了热泵热水器即时供热能力,减少了压缩机频繁启停的弊端。通过理论模拟,建立了稳态仿真模型,简化了复杂换热过程,理论分析证实了系统的节能效果。在理论设计基础上,搭建了热泵热水系统实验台。通过实验验证,分析了热泵热水系统在不同工况下的工作性能。为该设计应用化、产品化提供了理论依据和研究方法。对实验中出现的问题作了总结,提出了完善本设计的后续方向。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
主要符号表  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-22
  1.1 研究背景  8-9
    1.1.1 能源环境问题的挑战  8
    1.1.2 热泵节能技术的发展  8-9
  1.2 热泵分类及热泵热水器的研究现状  9-14
    1.2.1 热泵工作原理及性能系数  9-11
    1.2.2 热泵热水器基本工作原理  11
    1.2.3 热泵热水器研究及应用现状  11-14
  1.3 相变蓄能技术的发展  14-20
    1.3.1 相变材料发展及其研究现状  15-18
      1.3.1.1 相变材料的分类  15-17
      1.3.1.2 扩展型相变材料  17-18
    1.3.2 相变材料的应用  18-19
      1.3.2.1 相变储能在生活中的应用  18-19
      1.3.2.2 相变储能的其他用途  19
    1.3.3 相变储能材料(PCM)的总结及发展趋势展望  19-20
  1.4 本文研究内容  20-22
第二章稳态模拟计算  22-38
  2.1 稳态模拟装置部件  22-23
  2.2 稳态仿真模型  23-34
    2.2.1 压缩机模型  23-25
    2.2.2 冷凝器模型  25-29
      2.2.2.1 储热阶段模拟  26
      2.2.2.2 放热阶段模拟  26
      2.2.2.3 基本方程  26-28
      2.2.2.4 制冷剂侧的换热关联式  28
      2.2.2.5 水侧的换热关联式  28-29
      2.2.2.6 算法流程  29
    2.2.3 毛细管模型  29-30
    2.2.4 蒸发器模型  30-33
      2.2.4.1 基本模型  31
      2.2.4.2 制冷剂侧换热关联式  31-32
      2.2.4.3 空气侧换热关联式  32-33
      2.2.4.4 算法流程  33
    2.3.1 系统循环计算  33-34
  2.4 稳态仿真结果  34-38
    2.4.1 系统性能随工况的变化关系  34-36
    2.4.2 仿真结论  36-38
第三章相变材料及相变储热研究  38-47
  3.1 相变材料PCM的性能研究方法  38-43
    3.1.1 PCM的热力学性能及研究方法  38-39
    3.1.2 PCM的工作性能及其研究方法  39
    3.1.3 相变材料PCM的换热及其研究  39-43
      3.1.3.1 PCM传热的研究目的及意义  39
      3.1.3.2 PCM传热的特点  39-40
      3.1.3.3 PCM的传热强化及研究  40-42
      3.1.3.4 PCM传热的数值模拟研究  42-43
  3.2 PCM的筛选  43-45
    3.2.1 石蜡类PCM热物理性质表  43
    3.2.2 PCM温度要求  43-45
  3.3 相变换热器的设计  45-47
第四章实验装置的设计与搭建  47-57
  4.1 系统结构示意图  47
  4.2 系统工作原理  47-48
  4.3 系统部件  48-52
  4.4 测量及数据采集系统  52-55
    4.4.1 温度、压力测量  53-54
    4.4.2 流量测量  54
    4.4.3 功率测量  54
    4.4.4 室外环境模拟  54-55
  4.5 实验过程  55-57
    4.5.1 实验准备  55
    4.5.2 模拟环境温度调节和水流量调节  55
    4.5.3 储热工况  55-56
    4.5.4 放热工况  56-57
第五章实验测试与分析  57-66
  5.1 无储热状态热泵热水器工作性能  57-58
  5.2 有储热和无储热对比分析  58
  5.3 相变材料的储放热  58-60
  5.4 储放热过程中冷凝压力的变化  60-62
  5.5 不同环境温度储热工况功率  62
  5.6 系统制热量对比分析  62-63
  5.7 实验系统COP的测试方法及讨论  63-64
  5.8 放热阶段相变换热效果及系统各处温度分布  64-65
  5.9 结霜分析  65
  5.10 本章小结  65-66
第六章总结和展望  66-68
  6.1 主要结论  66
  6.2 前景展望  66-68
参考文献  68-71
攻读硕士期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

相变储热型热泵热水器的理论与实验研究

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