基于太阳能热源的第二类溴化锂吸收式热泵的设计与仿真

【摘要】：第二类溴化锂吸收式热泵装置是一种利用低品位热源来驱动运行,完成将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。可以实现对低温位热量的有效地回收利用,而且在运行过程中可以大量减少大气污染物的排放,所以其又兼具节能与环保的功效。本文针对太阳能资源的利用问题,提出了利用太阳能热源驱动第二类热泵,制取高温热媒水的方案,以实现太阳能资源在地第二类吸收式热泵领域的应用。论文以工程热力学、传热学方面的相关的知识原理作为科学依据,深入研究分析第二类吸收式热泵的运行过程原理,然后依据第二类吸收式热泵运行过程中的能量与质量守恒原理,以及相关工质的热物性关联式,对系统运行过程中的工质的相关参数进行了计算,从而根据得到的数据建立起相关的数学模型,利用MATLAB软件编写了系统运行循环模拟程序。通过模拟运行得到了系统的蒸发温度、吸收温度、冷凝温度和发生温度等参数变化对系统性能的影响。根据得到的模拟数据分析可知,我们可以通过升高系统的蒸发温度、发生温度,降低冷凝温度和吸收温度的措施来提高系统性能的性能。在此基础上,提出了通过利用太阳能热源驱动第二类吸收式热泵系统运行来制取高温热媒的方案,得出了具体的设计参数。论文根据太阳能驱动第二类吸收式热泵系统运行的方案设计了10kW的热泵系统,得到系统在理想的工况下运行,其COP值约等于0.495左右,这在理论值范围内。研究中使用TRNSYS软件对为第二类溴化锂吸收式热泵系统制取驱动热源的太阳能集热器系统进行了模拟研究,对模拟数据分析发现在天气状况较好的情况下,单纯靠61.14m2的平板式太阳能集热器制取驱动热源时,第二类吸收式热泵系统可以工作5小时左右。所以为了保持系统地稳定运行,设计添加了辅助热源。同时本文也对单效式第二类溴化锂吸收式热泵系统的结构进行了详细的分析并对各个部件与相关的设备进行了具体的设计与选型,为以后的实验研究奠定基础。根据前面的研究我们发现单级式吸收式热泵机组的温升能力是很有限的,在许多对热媒温度要求较高的情况下是不能满足生产要求的。为了得到更高温度的热媒水,本文中在前面设计的单级式第二类吸收式热泵的基础上对两级式第二类吸收式热泵系统进行了一些相关的探索研究,在相同的工况下运行设计的两种系统,对相关的模拟结果分析发现,两级第二类吸收式热泵系统所得到的热媒水的温度得到了较大幅度的提高,但是系统的COP值却相应的下降了20%左右。 【关键词】：第二类吸收式热泵 太阳能热源 COP仿真 两级吸收式热泵
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 清洁能源11-12
• 1.3 太阳能资源12-15
• 1.4 热泵技术15-18
• 1.4.1 空气源热泵15
• 1.4.2 土壤源热泵15-16
• 1.4.3 水源热泵16
• 1.4.4 太阳能热泵16-18
• 1.5 吸收式热泵18-23
• 1.5.1 吸收式热泵的概述18-19
• 1.5.2 吸收式热泵的基本原理和分类19-21
• 1.5.3 吸收式热泵的实际应用21-23
• 1.6 主要内容23-25
• 2 溴化锂第二类吸收式热泵系统的的原理与建模25-40
• 2.1 第二类吸收式热泵的基本原理25-28
• 2.2 循环工质(BrLi-H_2O)简介28-29
• 2.3 溴化锂溶液的热物性29-30
• 2.4 溴化锂第二类吸收式热泵系统的建模30-33
• 2.4.1 建模过程的基本假设30
• 2.4.2 建立求解系统相关参数的方程组30-32
• 2.4.3 溴化锂第二类吸收式热泵系统的自由度32
• 2.4.4 溴化锂第二类吸收式热泵系统系能参数的描述32-33
• 2.4.5 溴化锂第二类吸收式热泵系统中主要部件热负荷值的计算33
• 2.5 太阳能集热器33-36
• 2.5.1 太阳能集热器的原理33-35
• 2.5.2 太阳能集热器的计算35-36
• 2.6 蓄热水箱36-38
• 2.6.1 水箱的种类及技术要求36-37
• 2.6.2 水箱的能量平衡关系37-38
• 2.7 第二类吸收式热泵循环热力过程的模拟38-40
• 2.7.1 确定求解条件38
• 2.7.2 系统循环的热力计算过程38-40
• 3 第二类吸收式热泵系统的设计计算与仿真分析40-62
• 3.1 溴化锂第二类吸收式热泵系统的主要部件的传热计算40-45
• 3.1.1 确定系统各主要部件的传热系数40-41
• 3.1.2 各部件的传热面积的计算41-45
• 3.2 系统的设计参数45-47
• 3.3 第二类吸收式热泵系统的仿真与数据分析47-50
• 3.4 第二类溴化锂吸收式热泵机组的仿真与数据分析50-57
• 3.5 溴化锂第二类吸收式热泵机组的结构设计57-62
• 3.5.1 系统各部件的传热管数57-59
• 3.5.2 系统中工质流速的计算59-60
• 3.5.3 系统中各部件间连接管(配管)的尺寸60-61
• 3.5.4 系统中的溶液泵与溶剂泵61-62
• 4 两级第二类吸收式热泵62-67
• 4.1 两级式热泵机组的运行原理62-64
• 4.2 两级式热泵机组的设计与仿真64-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 本文的主要创新点68
• 5.3 展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与专利目录73-74

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