不同进口结构对热泵热水器释能过程性能实验研究

为提高空气源热泵热水器释能过程热水输出率与能效比,本文设计了一种弧形挡板型进口结构,搭建了热泵热水器实验台,以热水输出率和系统COP为评价指标,对比实验了含新型挡板进口结构的热泵热水器与直接型和侧进型进口结构热泵热水器的性能,获得弧形挡板进口对热泵热水器释能过程运行性能的影响特性。结果表明:弧形挡板型进口结构能显著改善水箱沿高度方向的热分层现象;当进口流量在5~10 L/min之间变化时,弧形挡板型进口结构比直接型进口结构热水输出率提升52.87%~96.60%,系统COP提升7.14%~7.40%;比侧进型进口结构热水输出率提升38.37%~76.99%,系统COP提升3.22%~5.53%。随着进口流量的增加,性能提升越显著。弧形挡板型进口结构在给定的三种进口流量下始终优于另外两种进口结构,可实现热水输出率和系统COP双高效的运行效果。

不同形状疏水性微肋阵内流场Micro-PIV流动可视化研究

运用Micro-PIV显微粒子图像测速系统对不同截面形状、不同接触角微肋阵的流动特性展开可视化研究.通过制备接触角为83°、99.5°、121.5°、151.5°的疏水表面,研究Re数为100~450时工质绕流圆形、椭圆形和菱形微肋阵速度与流线变化,并对流场进行分析.实验结果表明,在圆形微肋阵中尾涡的出现相比于宏观尺度有明显延迟,直到Re达到250时在中间的圆柱尾部才出现对称漩涡.对比3种形状微肋阵可发现,椭圆形具有的流线型结构和菱形具有的细长结构不易发生边界层分离.在经过疏水性处理后,圆形针肋尾部的边界层分离明显延迟,接触角为151.5°的表面边界层最晚分离.

开口结构对微肋阵沸腾换热及气泡动态生长特性的影响

为了研究开口结构对微肋阵矩形通道沸腾换热的影响,本文对开口水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能进行可视化实验,并与水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能对比,借助高速摄像仪对通道内不同流量下气泡的流动和生长过程进行记录与分析。以去离子水为工质,入口温度为30℃,流量范围为0.2~7.2 kg/h,加热电压为60 V,拍摄频率为500 fps。实验结果表明:微肋阵的开口结构会影响流动特性;开口结构增加了传热面积,有利于汽化核心的形成,有利于换热。在较低和较高雷诺数下,开口水滴形微肋阵的对流换热优于水滴形微肋阵;开口水滴形通道Ⅱ区和Ⅲ区域内气泡的等待时间和生长时间均随雷诺数的增大而逐渐增大,且气泡的生长时间大于等待时间,此外,针肋末端Ⅱ区域的等待时间和生长时间均比Ⅲ区域的更短。

水箱进口结构对热泵热水器释能性能的影响

为提高空气源热泵热水器系统性能,针对蓄热水箱进口,设计弧形挡板型水箱进口结构,建立热泵系统与水箱系统耦合模型,并搭建空气源热泵热水器实验台。选取热水输出率、系统性能系数η两项评价指标,对采用弧形挡板型、上冲型和侧进型进口结构的热泵热水器的释能性能进行比较,研究结果表明:模拟与实验出口水温误差在±0.5℃以内,释能20 min内系统性能系数η误差小于5.3%。热泵热水器采用弧形挡板型进口结构时,在进口流量10 L/min、进口水温15℃的工况下,热水输出率和系统性能系数η较上冲型分别提升了47.6%和19.5%,较侧进型分别提升了14.8%和6.9%;在进口流量为5~15 L/min、进口水温为5~25℃的变工况下,热水输出率和系统性能系数η也均有提升,最大分别可达62.1%和22.0%。

分层蓄热型热泵热水器系统设计与性能分析

为降低热泵热水器的保温能耗,提出一种新型分层蓄热型热泵热水器系统。首先,水箱分为上下双层,设置双压缩机及冷凝盘管并联运行,分别加热上层和下层水箱,获取双保温温度,通过降低下层水箱保温温度且调整系统结构,保证用能效果并降低热泵热水器保温能耗;其次,针对热泵热水器的用能模式、保温模式和全年运行工况分别建立用能耦合模型、保温热传递模型和系统运行综合模拟,搭建实验台验证其准确性;最后,选取南京地区为研究对象,分别模拟计算分层蓄热型和非分层蓄热型热泵热水器系统的用能、保温和全年运行性能。研究结果表明:热泵热水器采用分层蓄热技术后,当系统处于用能阶段时,水箱内热分层增大,平均出口水温与热能释放量保持不变,热能释放效率增长14.96%;当系统处于保温阶段时,全年保温能耗降低21.30%;当系统处于全年运行阶段时,系统的全年运行能耗降低13.44%;即采用分层蓄热技术可以满足用户实际使用需求且能达到节能效果。

开口形微肋阵流动沸腾特性及汽泡生长变化

为了探究微肋阵流动沸腾传热特性与汽泡生长变化的关系。本文搭建了开口水滴形微肋阵流动沸腾可视化试验台,研究工质流量和热流密度对流动和传热性能的影响,借助高速摄像仪对工质流型的变化过程进行摄录,同时研究微肋阵不同区域内汽泡的生长变化行为。研究表明,随着热流密度的增大,开口形微肋阵的压降受到汽泡的影响会经历三个阶段,换热性能随质量流量增大逐渐上升;同时,紧贴针肋尾部的一号区内汽泡脱离频率低于针肋后部二号区和相邻针肋间三号区。