太阳能喷射—压缩复合制冷系统仿真计算

【摘要】：随着我国经济的快速发展与资源消耗的逐渐加速，能源需求逐渐增加，开发利用可再生能源意义重大。太阳能喷射制冷系统能充分利用太阳能资源为建筑物供冷，但它对天气条件有一定的依赖性，受太阳能辐射条件的限制较大，因此可以采用相关技术手段将天气条件较好时的太阳能资源进行储存。本文主要对太阳能喷射-压缩复合制冷系统进行了一定研究。 本文的研究内容是在课题组前期系统实验研究的基础上，对系统的基本工作原理进行了分析，建立了各部件及系统的稳态仿真模型，运用EES软件编制了仿真程序，通过模拟计算，将仿真结果与实验数据进行对比分析，验证了模型的正确性，并分析了不同发生温度、中间温度和蒸发温度对系统整体性能的影响，得到了系统运行最优时的工况范围，同时对中冷器的换热性能进行仿真优化分析，为中冷器的优化设计提供理论依据。主要研究工作如下： （1）对太阳能喷射-压缩复合制冷系统进行了基本原理介绍和热力学分析，在此基础上，建立了中冷器、压缩机、蒸发器、节流阀和工质泵等各部件的数学仿真模型，运用EES软件编制了仿真计算程序。 （2）基于前期对太阳能喷射制冷系统仿真模拟的研究，通过中冷器将太阳能喷射制冷系统与电压缩系统联合起来，在各部件模型基础上，建立了太阳能喷射-压缩复合制冷系统稳态仿真模型，同时对模型程序进行调试计算，验证了各部件及系统模型的可靠性和正确性。当发生温度为80℃，冷凝温度为35℃，蒸发温度为-5℃时，系统EER从2.7提高到3.6，提高了30%。 （3）在一定工况条件下，对系统仿真程序进行计算并与实验数据对比分析。当系统蒸发温度为-5℃、-10℃、-15℃，中间温度为10℃，冷凝温度为35℃，发生温度从72℃到85℃逐渐升高时，系统能效比EER和COP呈现先上升后降低的变化趋势，总功耗则相反；其他条件不变，中间温度从0℃至20℃升高时，EER先增大后减小。当中间温度为10℃，冷凝温度为35℃，蒸发温度分别为-5℃、-10℃和-15℃，发生温度在72℃~85℃之间波动时，COP在0.3~0.38之间变化，78℃~80℃为最优的发生温度工作区域，在此温度范围内，系统的总耗功最小，能效比EER最大可达3.13；当冷凝温度为35℃，蒸发温度分别为-5℃、-10℃和-15℃时，存在一个最优的中间温度范围为7℃~10℃，在此范围内可使系统能效比EER达到最高，其对应的EER最大值分别为3.39，2.86，2.61，制冷量最高可达2245W。 （4）对中冷器的换热性能进行了模拟研究，并对其结构参数进行敏感性分析，分别以R134a和R236fa作为制冷剂，分析了不同管长、内管外径、外管内径、齿高、螺旋角、齿顶角等因素变化时对中冷器换热性能的影响。综合考虑换热器的评价因素指标，存在合理的结构参数范围，长度选择为7m~9m，内管外径在9mm~11mm之间，外管内径在30mm~36mm之间，可以使得制冷剂为R134a和R236fa的中冷器换热效果达到最优；同时微肋管的齿高、螺旋角、齿顶角变化也会影响其换热性能，齿高增大，螺旋角增大及齿顶角减小都会使换热量增加，但这种影响幅度都不是太大，一般在15%以内。当齿高为0.2mm左右，螺旋角为30°，齿顶角为27°时，其换热性能最佳。 结果表明，通过分析不同温度对系统整体性能的影响，得到了系统运行最优时的中间温度和发生温度的工作范围，对提高该复合系统的运行效率有良好的促进作用，同时通过对R134a和R236fa作为制冷剂的中冷器换热性能的优化分析，确定了合理的结构参数范围，为中冷器的优化设计提供参考和理论依据，也为实现产业化的发展需要奠定基础。 【关键词】：太阳能喷射 电压缩 仿真 能效比
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 主要符号表9-14
• 1．绪论14-26
• 1.1 课题的研究背景及意义14-15
• 1.1.1 太阳能资源的基本情况14
• 1.1.2 研究背景及意义14-15
• 1.2 研究现状及分析15-24
• 1.2.1 制冷剂的的研究现状15-18
• 1.2.2 太阳能喷射制冷技术的研究进展18-24
• 1.3 课题的研究目的、内容和方法24-25
• 1.3.1 研究目的24
• 1.3.2 研究内容和方法24-25
• 1.4 本章小结25-26
• 2．太阳能喷射-压缩复合制冷系统描述26-32
• 2.1 系统的基本工作原理26-27
• 2.2 系统的循环介绍与热力学分析27-30
• 2.2.1 系统的循环介绍27
• 2.2.2 系统的热力学分析27-30
• 2.3 系统的仿真基本分析30-31
• 2.3.1 各部件作用关系的基本分析30
• 2.3.2 模型的主要输入与输出参数30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3．太阳能喷射-压缩复合制冷系统换热器仿真模型32-45
• 3.1 蒸发器模型32-39
• 3.1.1 蒸发器性能分析32-33
• 3.1.2 蒸发器模型建立33-37
• 3.1.3 蒸发器仿真算法设计37-39
• 3.2 中冷器模型39-44
• 3.2.1 中冷器性能分析39
• 3.2.2 中冷器模型建立39-42
• 3.2.3 中冷器仿真算法设计42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 4．其它部件模型及系统仿真算法45-53
• 4.1 压缩机模型45-47
• 4.2 膨胀阀模型47-49
• 4.3 工质泵模型49-50
• 4.4 系统仿真算法50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5. 系统模拟验证及性能分析53-75
• 5.1 系统实验装置与基本模拟工况53-56
• 5.1.1 系统实验装置53-55
• 5.1.2 模拟基本工况55-56
• 5.2 系统模拟结果验证56-58
• 5.3 发生温度对系统性能影响58-60
• 5.3.1 对 EER 和功耗的影响58-60
• 5.3.2 对 COP 的影响60
• 5.4 中间温度对系统性能影响60-65
• 5.4.1 对制冷量的影响61
• 5.4.2 对 EER 的影响61-63
• 5.4.3 对功耗的影响63-65
• 5.5 蒸发温度对系统性能影响65-66
• 5.5.1 对制冷量的影响65
• 5.5.2 对 EER 的影响65-66
• 5.6 中冷器换热性能优化分析66-73
• 5.6.1 管长对换热性能影响66-68
• 5.6.2 内管外径对换热性能影响68-69
• 5.6.3 外管内径对换热性能影响69-70
• 5.6.4 微肋变化对换热性能影响70-73
• 5.7 本章小结73-75
• 6. 结论与展望75-78
• 6.1 主要研究结论75-76
• 6.2 创新点76
• 6.3 展望76-78
• 参考文献78-86
• 附录：硕士期间发表的论文及参与项目86-88
• 致谢88-89

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