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西安科技大学学报 2017年第3期37卷 346-351页

作者：张小艳刘萌西安科技大学能源学院陕西西安710054

为了研究R134a在螺旋套管冷凝器换热性能及其对热泵运行性能的影响,论文采用实验手段,在以水为冷却介质进行循环加热和直流稳态2种条件下,测试了不同进水流量和入口水温状态时R134a在螺旋套管冷凝器内的换热性能和热泵的运行性能。结果... 详细信息

为了研究R134a在螺旋套管冷凝器换热性能及其对热泵运行性能的影响,论文采用实验手段,在以水为冷却介质进行循环加热和直流稳态2种条件下,测试了不同进水流量和入口水温状态时R134a在螺旋套管冷凝器内的换热性能和热泵的运行性能。结果表明:循环加热时,同一进水流量随入口水温的升高,冷凝器总换热量、系统制热量和制热性能系数COP减小,而总换热系数和系统输入功率增大;进水流量从1.19 m3/h增大到2.16 m3/h,入口水温从30℃升高到60℃时,系统输入功率的增大范围为750~900 W,制热量的减小范围为600~750 W,COP的减小范围为2.8~3.2,同时流量2.16 m3/h的总换热量的减小量是流量1.19 m3/h的2.5倍,总换热系数的增大量是流量1.19 m3/h的2倍。直流稳态时,进水流量从0.26 m3/h增大到0.71 m3/h,总换热量和总换热系数分别增加了15%和41%;压缩机的排气功力和系统输入功率分别下降了26%和12%,而吸气功力变化较小。

关键词： R134a 热泵热水器螺旋套管冷凝器换热性能

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R134a在螺旋套管冷凝器中的换热性能实验研究

R134a在螺旋套管冷凝器中的换热性能实验研究

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作者：洪珊瑚西安科技大学

学位级别：硕士

对空气源热泵热水器的换热性能进行相关研究尤为重要。这是因为空气源热泵热水器不仅安全,能够达到节约能源的目的,而且安装使用方便、对环境无污染,更重要的是它还具有使用范围广,使用寿命长以及维护费用低等优点。通常来说,制冷工质... 详细信息

对空气源热泵热水器的换热性能进行相关研究尤为重要。这是因为空气源热泵热水器不仅安全,能够达到节约能源的目的,而且安装使用方便、对环境无污染,更重要的是它还具有使用范围广,使用寿命长以及维护费用低等优点。通常来说,制冷工质的特性和冷凝器换热效果的好坏在某种程度上决定了空气源热泵热水器的换热性能的好坏。螺旋套管换热器具有结构紧凑、制造简单、价格便宜以及传热强度高等优点,充分研究螺旋套管换热器的凝结换热过程具有重要的意义。尤其是在制冷剂替代过程中,螺旋套管环形空间制冷剂的换热系数准确性更是研究新型替代制冷剂凝结换热性能所必需的关键参数之一。在当今社会,由于世界环保意识的提高,人们对制冷剂是否环保极为重视。就目前而言,R134a是最理想的替代R22的制冷剂。即使如此,两者的热物性并不相同,因此,对R134a的换热性能及压降特性进行研究对改进原有系统设备,研究、开发新的系统设备具有极为重要的意义。本文以R134a为工质,对空气源热泵热水器采用螺旋套管冷凝器时的换热性能与系统的运行性能进行实验研究。测试了循环加热情况下,螺旋套管冷凝器的总换热量、总换热系数、压缩机吸、排气压力,系统输入功率,制热量,制热系数等随冷凝器循环水流量及冷凝器入口水温的变化情况;同时,还测试了直流稳态情况下,当冷凝器入口水温一定时,螺旋套管冷凝器的总换热量、总换热系数、压缩机吸、排气压力、系统输入功率等随冷凝器进水流量的变化情况。（1）水流循环加热时,冷凝器进水流量一定,随着入口水温的升高,冷凝器总换热量减小,而总换热系数增大,压缩机吸、排气压力和输入功率也是增大的,热泵系统的制热量和制热系数却随入口水温的增大而减小。当螺旋套管冷凝器的进水流量为1.19m3/h,冷凝器的入口水温由25.2℃升高至63℃时,冷凝器的总换热量由7041.79W减小至2847.39W,总换热系数由1184.12W/（m2·K）增大至1643.21 W/（m2·K）,吸气压力由0.34MPa升高至0.38MPa,排气压力由0.77MPa升高至2.00MPa,系统输入功率由1040W升高至2100W,系统的制热性能系数COP由4.4减小到1.2,制热量则由1387.83W减小为667.14W。（2）水流循环加热,冷凝器入口水温一定时,随着进水流量的增大,冷凝器总换热量和总换热系数均增大,压缩机吸、排气压力和系统输入功率则是减小的,热泵系统的制热量和制热系数随进水流量的增大而增大。当入口水温保持在24℃,螺旋套管冷凝器的进水流量由1.19m3/h增大至2.16m3/h时,冷凝器的总换热量由4025.72W增大到7565.71W,总换热系数由1472.03 W/（m2·K）增大到3956.29 W/（m2·K）,吸气压力由0.36MPa下降至0.35MPa,排气压力由1.38MPa下降至1.27MPa,系统输入功率由1488.67W减小到1423.75W,系统的制热性能系数COP由2.5升高至3.0,制热量则由986.90W增大到1087.06W。（3）直流稳态条件下,当冷凝器入口水温一定时,随着进水流量的增大,螺旋套管冷凝器总换热量和总换热系数是增大的,压缩机吸、排气压力和系统输入功率随冷凝器进水流量的增大反而降低。当入口水温保持在22℃,螺旋套管冷凝器的进水流量由0.26 m3/h增大至0.71 m3/h时,螺旋套管冷凝器的总换热量由3614.24W增大至4165.96W,总换热系数由1999.03 W/（m2·K）增大至2835.92W/（m2·K）,压缩机吸气压力由0.32MPa下降至0.30MPa,排气压力由0.84MPa下降至0.62MPa,系统输入功率由1040W减小到920W。本文通过对螺旋套管冷凝器的换热性能及热泵运行性能进行实验研究及理论分析,得到螺旋套管冷凝器换热性能及热泵运行性能与冷凝器入口水温及进水流量的变化关系,该研究有望为制冷剂替代中换热器的优化设计与热泵热水器的节能运行提供参考。

关键词： R134a 热泵热水器螺旋套管冷凝器换热性能

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R417A热泵热水器性能及螺旋套管冷凝器换热研究

R417A热泵热水器性能及螺旋套管冷凝器换热研究

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作者：郝沛西安科技大学

学位级别：硕士

随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,城乡居民生活热水的需求量越来越大,形成了一个量大而面广的热水消费市场。空气源热泵热水器作为一种高效节能装置,在国际市场中占据着重要的位置。利用空气源热泵热水器生产生活热水不仅可以... 详细信息

随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,城乡居民生活热水的需求量越来越大,形成了一个量大而面广的热水消费市场。空气源热泵热水器作为一种高效节能装置,在国际市场中占据着重要的位置。利用空气源热泵热水器生产生活热水不仅可以有效的节约能源,而且能够“移峰填谷”,缓解电网紧张状况,因此在国内市场上有着广阔的发展空间和应用前景。热泵热水器运行性能的好坏在一定程度上取决于制冷工质的特性,R417A臭氧消耗潜值ODP为零,且具有节能、环保、高效和替换简单等特点使其已成为良好的R22的替代物,为目前全世界广泛接受的环保制冷剂。冷凝器更是其中的关键部件,它的换热效果直接影响着整个热泵系统的性能。本文搭建了以R417A为工质的空气源热泵热水实验台,冷凝器采用螺旋套管换热器,实验的工况范围为:水的体积流量为0.6～1.0m3/h,螺旋套管的进水温度为20～55℃。在不同的工况下,研究了环境温度为15℃和29℃时,空气源热泵热水器吸热量、系统性能(COP)、压缩机耗功等的变化,螺旋套管内制冷剂R417A的凝结换热特性,制冷工质R417A与R134A、R22在热泵热水器运行性能的对比分析。(1)冷凝器入口水温一定时,冷凝器总换热量、总换热系数随进水流量的增大而增大且环境温度越大换热能力越大。冷凝器进水温度为20℃,环境温度为29℃,进水流量由0.6m3/h增加到1.0m3/h时,总换热量、总换热系数分别增加了约18.8%、20.6%且环境温度为29℃时总换热量和总换热系数平均比环境温度15℃时高5.2%～9.7%、6.4%～11.7%;直流稳态情况下,冷凝器进水温度为17℃,环境温度为29℃,进水流量由0.6m3/h增加到1.01.0m3/h,总换热量、总换热系数分别增加了约23.6%、27.8%且环境温度为29℃比15℃时总换热量、总换热系数分别增加了约7.2%、10.5%。(2)冷凝器入口水温一定时,随着进水流量的增大,压缩机吸排气压力、输入功率、热泵系统的制热量、制热系数COP均增大。进水温度为25℃,环境温度为29℃,当进水流量由0.6m3/h增加到1.0m3/h,压缩机吸、排气压力和输入功率分别减少了 5.1%、16.7%、5.3%,热泵系统的制热量、制热系数COP分别增加了约13.2%、15.2%。环境温度29℃相比较于15 ℃压缩机吸、排气压力分别增加的范围约51.4%～60.8%、11.3%～13.7%,热泵系统的制热量、制热系数COP分别增加的范围约23%～39%、14.6%～23.5%。直流稳态情况下,冷凝器进水温度为17℃,进水流量由0.6m3/h增加到***3/h,环境温度29℃相比较于15℃时吸、排气压力分别提高约21.3%、28.4%,输入功率约提高14.8%。(3)冷凝器进水流量一定时,随着进水温度的升高,压缩机排气压力、输入功率均增大,热泵系统的制热量、制热系数COP减小。进水流量为0.6m3/h,环境温度为29℃,当进水温度由25℃上升到55℃时,压缩机排气压力和输入功率分别增加了 55%、46.4%,热泵系统制热量、制热系数COP分别减小了约54%、58.3%。同时环境温度29℃相比较于15℃时压缩机排气压力平均提高约14.4%～18.7%,热泵系统的制热量、制热系数COP 分别平均提高约 18.4%～31.7%、23.6%～39.5%。(4)环境温度为15℃,螺旋套管内R417A的凝结换热系数随冷凝饱和温度的升高而减小,局部凝结换热系数随干度的增大而增大。当冷凝器进水流量为0.6 m3/h,饱和冷凝温度由40℃增加至60℃时,冷凝器制冷剂侧凝结换热系数从3839W/(m2·K)减小至2372W/(m2·K),约减少了 38.1%。当冷凝器进水流量为0.6m3/h,制冷剂干度由0.7减小至0.1,冷凝饱和温度分别为40℃、50℃和60℃时,R417A的局部凝结换热系数分别减少了 17.5%、24.1%、29.4%。(5)环境温度为15℃,冷凝器进水流量为1.0m3/h,R417A、R134a和R22分别在热泵热水器螺旋套管冷凝器中运行,随着冷凝器进水温度的升高,压缩机吸排气压力及输入功率变化基本一致且R2 2>R417 A>R13 4 a。螺旋套管换热器入口水温为20～55℃,R417A系统的排气压力比使用R22低3.68%～4.89%,比使用R134a高27.6%～30.9%;R417A的吸气压力比使用R22低14.76%～19.85%,比使用R134a高12.76%～17.85%;R417A系统的输入功率比使用R22低11.76%～15.85%,比使用R134a高 20.76%～26.85%。(6)环境温度为15℃,冷凝器进水流量为1.0 m3/h,三种制冷剂的系统制热量和COP均随热水器螺旋套管换热器进水温度

关键词： R417A 热泵热水器螺旋套管冷凝器凝结换热运行性能

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R744/R290热泵系统冷凝器结构优化与模拟分析

R744/R290热泵系统冷凝器结构优化与模拟分析

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作者：邝阿敏中原工学院

学位级别：硕士

近些年来伴随着全球经济的高速发展,有关于能源方面的问题越来越引起各个国家的重视。节能减排、倡导低碳环保已经成为当今社会的主题。热泵技术作为一种高效节能技术同样也得到了广泛的应用。而冷凝器传热效果的好坏直接影响热泵热水... 详细信息

近些年来伴随着全球经济的高速发展,有关于能源方面的问题越来越引起各个国家的重视。节能减排、倡导低碳环保已经成为当今社会的主题。热泵技术作为一种高效节能技术同样也得到了广泛的应用。而冷凝器传热效果的好坏直接影响热泵热水器的效果,螺旋套管冷凝器由于具有二次流的原因,具有良好的换热效果,研究螺旋套管冷凝器在热泵热水器中的应用具有重要的实用价值。本课题对R744/R290热泵热水器螺旋套管冷凝器进行优化设计并建立了稳态分布参数模型,并且对组合式螺旋套管冷凝器进行了传热性能的分析。为了详细的分析螺旋套管冷凝器的传热性能,针对直热式R744/R290热泵系统螺旋套管冷凝器建立仿真模型并对其进行研究,主要研究工作是:(1)基于前期实验台发现冷凝器侧存在换热不匹配的现象,对冷凝器进行结构形式的分析和选择,并对所选择的螺旋套管冷凝器进行优化设计。结果表明,组合式螺旋套管冷凝器的性能最优,其最佳的组合为:过冷区,内管为水,外管为制冷剂,结构尺寸为外管?15.88*1mm,内管为?10*0.8mm,管长为4m;两相和过热区,内管为制冷剂,外管为水,结构尺寸为外管?15*1mm,内管为?9.52*0.8mm,管长为13.32m。(2)构建了冷凝器稳态分布参数模型,并利用实验数据验证了其可靠性。结果表明,该模型能很好的反应冷凝器的传热性能,具有良好的精度。并在此基础上对R744/R290热泵系统用组合式螺旋套管冷凝器建立了稳态分布参数模型。(3)利用所建立的仿真模型分析了组合式螺旋套管冷凝器各个结构参数与运行参数对冷凝器传热性能的影响。新型组合式冷凝器与原套管相比换热效率更高换热匹配程度更好,管长比原套管换热器缩短了22%。

关键词：换热器优化仿真模拟热泵热水器螺旋套管冷凝器换热性能

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