水源热泵机组的变工况特性研究论文.docVIP

　　水源热泵机组的变工况特性研究论文 简介： 本文通过对水源热泵机组的压缩机、冷凝器和蒸发器的变工况特性分析和计算，得到水源热泵机组变工况特性模型，对该模型进行误差检验，其误差均在允许范围内。应用水源热泵机组变工况模型，可以清楚、方便地对水源热泵机组进行变工况分析研究，对于以后水源热泵机组及其空调系统的优化设计等其它方面的研究都具有一定的参考和实用价值。 关键字：水源热泵 变工况 数学模型 1、概述目前，水源热泵系统因是一种新型的、利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）以及人工再生水源（工业废水、中水、地热尾水等）的既可供热又可制冷的节能、高效环保系统，愈来愈多地受到建设机构、设计单位、房地产商、生产厂家以及公众的关注和应用。水源热泵机组的特点应用在于冷热源介质和工作温度范围变化较大.freel3/h，气体比热：0.699kj/kgk，液体比热：1.319kj/kgk,过热度和过冷度均为5℃。计算中首先根据压缩机的性能曲线，查得该压缩机的实际制冷量和耗功量并求出实际制热量，然后根据式（6）（7）（8）计算出该压缩机的理论制冷量、耗功量及理论制热量，进而通过式（9）（10）（11）计算出热泵机组的制冷量、制热量和耗功量修正系数。计算结果如下： (12) (13) (14) 另外，对于某种型号的螺杆式压缩机（其他类型的压缩机也适用）来说，当使用的制冷剂一定时，其制冷量，耗功量，以及在冷凝器需要排出的热量，即制热量，由压缩机性能曲线图可以看出压缩机的制冷量与蒸发温度、冷凝温度呈某种指数关系，暂设：，，，由于该压缩机用于水源热泵机组，并且机组实际具有制冷和制热两种工况，所以在非同一工况下，必须明确上述公式中：。 首先求取水源热泵机组在制冷工况下，制冷量与蒸发温度、冷凝温度的指数函数关系。(1) 由式两边取对数，得到：。(2) 根据压缩机性能曲线选取五个点对应的制冷量，求与、的指数函数关系。3) 由这五点对应的与、，分别构成20个线性方程式，并联立组成一个线性方程组： (4) 最后，求解这个线性方程组。把该方程组看作一过限定系统，利用MATLAB6.0进行编程计算得到。解得，，，即：。最后求得： (15) 同理，求得耗功量与蒸发温度、冷凝温度的函数关系： (16) 机组在制热工况下，在求取制热量与蒸发温度、冷凝温度的指数函数关系时，考虑到该工况下：，同理求得： (17) 以上分析和计算得到的螺杆式压缩机在水源热泵工况下的运行特性数学模型能较准确地反应该压缩机的运行特性；并且从理论分析基础上给出的水源热泵机组制冷量，制热量和耗功量的计算公式更具有说服力，也更为准确。由于实际因素的影响，水源热泵机组制热工况的变化特性要较其制冷工况特性复杂，不能简单地按其制冷工况变化规律理解。 3、冷凝器、蒸发器的变工况特性3.1 冷凝器变工况特性 考虑水源热泵机组的运行特点：开停机不频繁，机组大部分时间处于稳定运行状态，这时，机组开停机时对冷凝器进行按过热区、两相区和过冷区分段处理就显得无足轻重，可以不予考虑；并且，本研究是从整体上进行冷凝器的研究，不必考虑冷凝器的具体结构，因此冷凝器内制冷剂的汽、液相变化从整个机组运行的宏观角度来看，也可以忽略，从而简化冷凝器的建模。于是作者尝试采用以下的方法建立冷凝器的数学模型。 建立冷凝器基于稳定运行状态的几个方面的假设： 1) 冷凝器的总换热系数为一常数，等于水源热泵机组在标准工况下冷凝器的换热系数。 2) 传热管外制冷剂的流动为一维均相流动，不考虑压降。实际制冷剂的流动是复杂的分相流动，而且实际冷凝器内管外侧由于结构布置上的原因，导致流速分布不均，会对换热造成一定影响，这与具体装置有关。 3) 管内冷却水的流动也看作是一维流动，且不考虑压降。 4) 管壁热阻忽略不计。与管内、外侧的换热热阻相比，管壁径向热阻很小，管壁的轴向热阻对换热影响也不大，均可忽略不计。 由于忽略了冷凝器内的流动压降，就可不必考虑动量方程；稳定流动也使得质量方程自动满足。因此，所要考虑的只有能量方程。 根据以上分析，作者将冷凝器的每个传热管划分成若干微元，最后得到冷凝器的数学模型： (18) 3.2 蒸发器的变工况特性 目前，对蒸发器数学模型主要有以下三种：动态集中参数模型、稳态分布参数模型和稳态集中参数模型。考虑水源热泵机组的运行特点以及研究目的，与冷凝器的建模相似，作者通过分析、计算得到蒸发器基于稳定状态下的数学模型： (19) 对于冷凝器和蒸发器来说，当冷却水流量一定时，即当水源热泵机组稳态运行时，由于在一定热负荷范围内传热系数、变化不大，均可看作常数，故换算系数和也基本不变，其值等于也分别等于某一常数。这样，对于冷凝器和蒸发器来说，它们的热交换能力分别是冷凝温度和冷却剂进口温度的函数、蒸发温度和冷冻水进口