空氣源熱泵防融霜過程的熱力學與傳熱特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、熱泵以經(jīng)濟、高效而被廣泛關(guān)注,但是在冬季使用時往往因為結(jié)霜嚴重而限制其使用范圍。長江中下游地區(qū)屬于熱工氣候分區(qū)中的夏熱冬冷地區(qū),冬季平均溫度低,相對濕度較大,而且在受北方強冷空氣的影響下,冬季會出現(xiàn)一定時間的霜凍或冰凍天氣,屬于典型的高濕地區(qū)。因此,低溫高濕為這一地區(qū)冬季環(huán)境的主要特點,也是造成空氣源熱泵(包括家用空調(diào))結(jié)霜嚴重及工作性能差的主要原因??諝庠礋岜迷谶@種環(huán)境下工作時蒸發(fā)器極易結(jié)霜,系統(tǒng)工作性能衰減嚴重,隨著時間的推移,生長

2、成的霜層導致?lián)Q熱過程的惡化。傳統(tǒng)的融霜方式有逆循環(huán)除霜和熱氣旁通融霜,傳統(tǒng)的除霜方式在這種的惡劣環(huán)境下一般都處于不穩(wěn)定的工作狀態(tài),供熱效果和供熱時間都不能保證。
  本文針對低溫高濕環(huán)境下空氣源熱泵系統(tǒng)存在的易結(jié)霜問題,總結(jié)和分析了空氣源熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器側(cè)的結(jié)霜特性,提出了防融霜新技術(shù),并通過試驗及計算機仿真相結(jié)合的方法對該新技術(shù)進行熱力學分析,同時對熱泵的蒸發(fā)器進行了傳熱過程的性能預測。因此本文將從空氣源熱泵結(jié)霜性能和防融霜方法方

3、面展開工作,其研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:
  (1)在前人的研究基礎(chǔ)上,利用量綱理論與神經(jīng)網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法提出了可適用于6種制冷劑(R22、R12、R134a、R407C、R410A、R600a)的結(jié)霜量計算的通用關(guān)聯(lián)式。該關(guān)聯(lián)式是結(jié)合了使用地的氣候特點、制冷劑種類及換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸得到的結(jié)霜量通用關(guān)聯(lián)式,能較高精度地預測不同環(huán)境工況的結(jié)霜量。同時,在關(guān)聯(lián)式推導過程中,本文還提出了預測結(jié)霜量的無量綱參數(shù)—神經(jīng)網(wǎng)絡關(guān)聯(lián)式的自

4、適應網(wǎng)絡控制算法,該算法優(yōu)化了傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡算法控制流程,在隱含層的選取,最優(yōu)函數(shù)的獲得以及與之相適應的學習率的選取上更加靈活、客觀和可靠。這方面的工作為防融霜控制輔熱量的大小提供了依據(jù),為防融霜新系統(tǒng)的設計與控制奠定理論基礎(chǔ),具有重要的工程意義和應用價值。
  (2)以計算出的結(jié)霜量為研究基礎(chǔ),提出熱泵理想最小防融霜能量概念,從機理上分析熱泵防融霜裝置工作的原因,計算熱泵防融霜所需的最小的輔熱量,使在結(jié)霜工況下運行的室外蒸發(fā)器處

5、于濕工況運行,制冷劑能從環(huán)境中獲得最大能量。該理論為熱泵在結(jié)霜工況下的高效運行提供理論依據(jù),對熱泵防融霜智能化提供依據(jù)。
  (3)建立試驗臺,針對現(xiàn)有的空氣源熱泵除霜及延緩結(jié)霜方法的不足,提出了一種更為操作簡便的防融霜新方法(前置式防融霜方法),以適當提高制冷劑進入蒸發(fā)器的溫度,強化制冷劑與外界空氣之間的換熱,彌補環(huán)境工況中空氣能量或焓值過低的不足,能讓制冷劑從空氣中吸取到足夠的熱量進行換熱,從而達到防融霜的目的,解決傳統(tǒng)逆循環(huán)

6、除霜頻繁的開啟/關(guān)閉問題。并通過實驗的方法驗證這種新型防融霜系統(tǒng)的可行性與可靠性。另外,本文以前置式防融霜方法為基礎(chǔ),提出一種跨越式防融霜裝置,對解決熱泵回液過多具有積極作用,提高系統(tǒng)的運行性能。
  (4)采用正交試驗法設計熱泵在不同環(huán)境工況(溫度、濕度)和不同輔熱量(前、后輔熱量)對熱泵的性能影響,試驗設計選用L25(56)的正交表,試驗分析采用極差法和方差分析法進行,分析具有防融霜裝置熱泵系統(tǒng)的性能及影響因素,及各因素對熱泵

7、防融霜運行的顯著性影響。
  (5)建立帶防融霜裝置的空氣源熱泵機組的熱力學與傳熱模型,分別針對不同環(huán)境工況(干工況、濕工況和結(jié)霜工況)建立數(shù)學模型。并將其模塊化(環(huán)境工況模塊,熱泵主要部件模塊和防融霜裝置模塊),使將來的研究者們使用時能根據(jù)自身功能條件進行模塊選擇。利用質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒定律將各部件的數(shù)學模塊耦合,進行數(shù)值求解,假設室外換熱器的結(jié)霜過程是準穩(wěn)態(tài)過程,采用分布參數(shù)法計算熱泵運行的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運行性能。

8、>  (6)建立的計算機仿真模型在通過COP和制熱量等性能參數(shù)的試驗對比研究,驗證了該仿真模型的可靠性,然后采用該模型預測換熱器中制冷劑的換熱情況,包括制冷劑的流量、壓降、制冷劑的傳熱系數(shù)、制冷劑及空氣的熱流密度、翅片管壁溫度等性能參數(shù)。該仿真模型方便研究者將來在一個較大的工況范圍內(nèi)設計和研究熱泵系統(tǒng)性能。
  本文提出了一種新型的空氣源熱泵防融霜系統(tǒng),能因地制宜的對熱泵防融霜問題提供的輔熱進行定量調(diào)節(jié)的方法,使熱泵在結(jié)霜工況下也

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