變容量雙級壓縮熱泵級間匹配耦合特性.pdf

1、博士學位論文變容量雙級壓縮熱泵級間匹配耦合特性InterstageMatchingandCouplingCharacteristicsinaTwoStageCompressionHeatPumpSystemwithVariableCapacity作者姓名：全趄學科、專業(yè)：堡墊二送燃氫二適迅叢窒邇王猩學號：10806058完成日期：星Q!圣生魚旦大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘

2、要中間噴射特征的雙級壓縮技術，可有效地改善蒸氣壓縮裝置的低溫適應性。然而，當此技術與空氣源熱泵結合時，為滿足一系列低溫工況，系統(tǒng)中兩臺壓縮機容量配比及耦合關系將發(fā)生變化，在實際設備運行時常出現(xiàn)控制不穩(wěn)定和壓縮機燒毀等現(xiàn)象。為此，本文為完備雙級壓縮熱泵技術，增強其實用性，針對變工況時雙級壓縮熱泵系統(tǒng)中壓縮機容量配比關系、壓縮機耦合特性以及中間噴射特征參數(shù)對系統(tǒng)性能影響進行了研究。首先，基于理論循環(huán)分析，綜合制熱性能、可控性和安全穩(wěn)定性等因

3、素，確定了R410A為本研究系統(tǒng)的循環(huán)工質；得出一級節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)是雙級壓縮熱泵系統(tǒng)最適宜推廣的循環(huán)方式。依據(jù)此理論循環(huán)分析結果，搭建了可調節(jié)噴射特征參數(shù)的變容量雙級壓縮熱泵實驗臺。其特征在于系統(tǒng)采用了變頻壓縮機和電子膨脹閥設備，且可實現(xiàn)多變工況時系統(tǒng)宏觀性能參數(shù)的測量。其次，基于轉子式壓縮機結構特征，提出了雙級壓縮系統(tǒng)運行模式劃分方法。進而，構建了反映中間壓力形成過程的變容量雙級壓縮系統(tǒng)壓縮機動態(tài)耦合模型以及具有中間噴射特征的

4、雙級壓縮熱泵系統(tǒng)仿真模型，并利用實驗結果對模型進行了驗證。第三，通過對系統(tǒng)變工況制熱性能的研究，定量分析了可調節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。在蒸發(fā)溫度為30～0。C，冷凝溫度為35～50℃，低高壓級壓縮機理論輸氣量比g在113～508范圍時，系統(tǒng)制熱量隨著s的增加而顯著增大，其制熱COPhm變化量可達到O4左右。而噴射過程可促使系統(tǒng)制熱量提高8％～15％，系統(tǒng)制熱COPhm增加5％～12％。第四，基于仿真模型，并結合熱力學狀態(tài)圖，詮釋了具有耦

5、合特性的雙級壓縮中各個過程及其輸氣量比和噴射特征參數(shù)對系統(tǒng)的影響。揭示了雙級壓縮系統(tǒng)具有低高壓級壓縮機不同步性、排氣過程間歇性、壓縮過程不連續(xù)性以及系統(tǒng)級間參數(shù)具有脈動的特征。以中間換熱器為耦合條件的噴射量和噴射工質比焓，對級間參數(shù)產生較大影響，其噴射工質比焓是噴射過程影響工質狀態(tài)變化的定性因素，而噴射量是噴射過程影響工質狀態(tài)變化的定量因素；當噴射量增大時，中間混合過程將由一種穩(wěn)定的“等壓混合”過程經變質量“等容混合”過程的過渡，最終穩(wěn)

6、定到新的壓力升高的“等壓混合”過程。最后，基于模擬和實驗結果，分析了中間壓力與系統(tǒng)制熱性能參數(shù)的變化規(guī)律。指出中間壓力對制熱量影響具有敏感性而對制熱性能系數(shù)影響具有弱鈍化性的特征。以制熱量、制熱性能系數(shù)和炯效率最大化為原則對系統(tǒng)調節(jié)參數(shù)進行了優(yōu)選，得到本研究系統(tǒng)在冷凝溫度40℃，蒸發(fā)溫度30～O℃的變工況范圍運行時，中間壓力比特征參數(shù)取值為11～13、低高壓級壓縮機理論輸氣量比取值為13～32、相對噴射量取值為01～o3、高壓級壓縮機吸