太阳能压缩式热泵系统性能研究

【摘要】：随着我国经济的快速发展,长期使用煤炭等化石燃料造成的环境污染和能源短缺已经成为制约我国经济发展的主要难题。太阳能由于其清洁无污染、储量丰富、等优点越来越受到社会的关注,太阳能与热泵技术的结合是目前综合利用太阳能的一项主要内容。以太阳能压缩式热泵系统为研究对象,基于VB语言,编制了R134a、R1234yf和CO2三种制冷剂的串联式和并联式太阳能压缩式热泵系统性能分析程序。分析了太阳能辐射强度、蒸发温度、冷凝压力、压缩机排气压力和节流压差对太阳能压缩式热泵系统性能的影响。建立了太阳能压缩式热泵各部件的火用损失分析模型,对系统各部件的火用损失进行了分析。利用Fluent软件对太阳能压缩式热泵系统中的储热水箱进行了温度场模拟,研究了不同进口流速和不同进口水温下的储热水箱内部的温度场变化。研究表明,并联式系统的储热水箱水温从8:00开始持续升高,到13:00左右,水温保持在60℃左右。并联式系统的COP小于串联式系统的COP;串联式系统火用损失要大于并联式系统,在R134a串联式和并联式系统中,太阳能集热器和压缩机分别为火用损失最大的部件,在CO2串联式和并联式系统中,冷凝器和压缩机分别为火用损失最大的部件;储热水箱进口流速越小温度分层越明显,出水温度越高,热利用效率越高,流速为1m/s的时候水箱温度分层最明显;随着冷热水进口水温的升高,储热水箱内的温度场并无明显变化,温度分层也无明显加深或降低,单纯提高进口水温对提高系统热利用效率无直接影响。研究结果为开发高效太阳能压缩式热泵系统提供理论依据。 【关键词】：太阳能压缩式热泵 并联式 串联式 性能分析 火用损失 数值模拟
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU831;TK519
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文献综述10-20
• 1.1 课题研究背景10-17
• 1.1.1 我国的一次能源现状与能耗10-11
• 1.1.2 太阳能的特点及利用技术11-12
• 1.1.3 我国太阳能的分布12-13
• 1.1.4 太阳能热泵系统13-17
• 1.2 太阳能热泵国内外研究现状17-18
• 1.2.1 国内研究现状17
• 1.2.2 国外研究现状17-18
• 1.3 课题研究的内容及意义18-20
• 1.3.1 课题研究内容18-19
• 1.3.2 课题研究意义19-20
• 第2章 太阳能计算的基本理论20-25
• 2.1 太阳能量的传输20-21
• 2.2 太阳能相关参数21-22
• 2.2.1 赤纬角和太阳角21
• 2.2.2 太阳常数21
• 2.2.3 集热面上太阳入射角的计算21-22
• 2.3 太阳能辐射量计算22-24
• 2.4 小结24-25
• 第3章 太阳能热泵供暖系统设计25-30
• 3.1 建筑采暖热负荷25-26
• 3.1.1 项目背景25
• 3.1.2 热负荷计算25-26
• 3.2 系统设计26-29
• 3.2.1 太阳能集热器面积确定26-27
• 3.2.2 蓄热水箱的设计27-29
• 3.2.3 集热系统流量确定29
• 3.3 小结29-30
• 第4章 太阳能压缩式热泵系统性能研究30-56
• 4.1 系统介绍30-31
• 4.2 各部件模型及系统效率31-38
• 4.2.1 平板集热器31-34
• 4.2.2 储热水箱34-35
• 4.2.3 蒸发器35-36
• 4.2.4 压缩机36
• 4.2.5 冷凝器36-37
• 4.2.6 节流阀37-38
• 4.2.7 系统效率38
• 4.3 系统性能研究38-45
• 4.3.1 程序设计38-39
• 4.3.2 程序运行界面39-40
• 4.3.3 热泵循环各点参数确定40-42
• 4.3.4 串并联系统性能分析42-45
• 4.4 系统火用分析45-55
• 4.4.1 太阳能压缩式热泵系统火用分析模型46-48
• 4.4.2 太阳能压缩式热泵各设备火用损失分析48-53
• 4.4.3 太阳能压缩式热泵系统火用损失分析53-55
• 4.5 小结55-56
• 第5章 储热水箱的数值模拟56-63
• 5.1 物理模型56
• 5.2 控制方程56-57
• 5.3 模型的简化与假设57
• 5.4 网格划分和边界类型设定57-58
• 5.5 模拟工况58-59
• 5.6 模拟结果分析59-62
• 5.7 小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 导师简介68-69
• 作者简介69-70
• 学位论文数据集70

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