电子膨胀阀对变频CO_(2)热泵调节特性的研究

基于一台跨临界CO_(2)空气源热泵,通过实验研究在恒定气冷器进口水温及水流量工况下,电子膨胀阀对于65—80 Hz的4个高频热泵系统的调节特性,提出针对不同目标的膨胀阀控制策略。研究结果表明:频率一定时,随着膨胀阀开度不断减小,制热量、出口水温、排气压力均先增大后减小;性能系数C_(OP)、蒸发压力均不断减小;针对制热量、出口水温和C_(OP)随开度变化呈现不同的变化趋势,提出不同的电子膨胀阀调控策略以满足不同的用户需求;在电子膨胀阀的实际调控过程中,可以通过观测出口水温和排气压力随开度的变化来避免因质量流量过小导致压缩机性能恶化。

超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管中传热和压降特性的数值研究

采用RNG K-ε模型对超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管和光管管内的冷却换热特性进行了数值模拟,并对速度场、温度场及涡量进行了对比分析,证明了螺旋凹槽管比光管具有更好的换热性能。探究了在不同入口雷诺数、入口压力及有无浮升力条件下,螺旋凹槽管整体换热性能的变化。结果显示:螺旋凹槽管的换热系数随着入口雷诺数的增大而增大,而在不同入口压力下,换热系数与比热容的变化趋势一致;在不同入口压力和入口雷诺数条件下,螺旋凹槽管的换热系数都在拟临界温度附近达到最大值;有浮升力可以增强换热强度,且主要表现在拟临界温度附近,随着雷诺数增大,重力引起的浮升力效应更明显;压降随着入口压力和入口雷诺数的增大而增大,随温度单调降低,随着超临界CO_(2)温度的升高,低温状态下压降急剧降低,在拟临界温度后开始缓慢变化。

R32制冷系统湿压缩的最佳吸气干度范围

湿压缩应用于R32制冷系统时能有效降低压缩机排气温度,但是其对系统性能的影响有待研究。在热力循环理论计算分析的基础上,利用变频滚动转子式压缩机制冷循环实验台,通过改变压缩机频率和电子膨胀阀的开度做了一系列实验,研究不同工况下R32制冷系统各项参数的变化趋势,寻找系统最优时吸气干度范围。理论分析表明:吸气带液时系统的性能比吸气过热时要好;从吸气过热到吸气带液,排气温度快速降低,而制冷量和COP先升高后降低,压缩机吸气干度在0.90~0.93内,理论COP存在最大值。实验分析表明:吸气干度在0.96~1.0范围内,制冷量比常规应用中控制过热度5℃时的高5%~10%;排气温度比吸气过热度5℃时的排气温度低8%~16%;COP比吸气过热度5℃时的高5%~8%;系统压比降低,系统性能达到最优。

环境温度对空气源热泵热水器系统性能的影响

工况的变化对空气源热泵系统的优化提出了更高要求,环境温度作为重要影响参数,需要通过大量试验找寻其对空气源热泵热水器的影响规律,从而做出相应的控制策略。本文模拟不同环境温度对空气源热泵热水器进行试验,结果表明:(1)随环境温度的降低过热度逐渐减小,系统的制热量受过热度影响,过热度越低制热量越大,当过热度为0℃时制热量开始逐渐下降;(2)环境温度越低,系统的压比越大、排气温度越高、过热度越小,压缩机更易湿压缩加剧耗功的增长,但能有效降低排气温度;(3)随着环境温度的降低,系统的平均能效比COPa是逐渐减小的,环境温度越低系统整体制热效果越差,加热运行的时间越长。

R32和R22过热度对转子式压缩机制冷系统影响的对比

利用变频滚动转子式压缩机制冷循环实验台,研究了R32和R22制冷系统过热度对系统性能的影响。定量分析了R32制冷系统在过热状态下的一些规律,并且通过对比工况1#下R32和R22的系统参数,分析了R32优于R22的原因,研究了R32商用空调最佳过热度的调节范围。结果表明:R32制冷系统各项参数变化趋势与R22基本一致,R32制冷系统具有较好的制冷效果;在工况1#下,相比R22制冷系统,R32系统的制冷量提高约为42%,COP提高6.8%,系统压比增加7%左右,系统性能更稳定;在空调工况下,R32系统过热度控制在4℃以内,具有较好的节能效果。

电子膨胀阀调节对空气源热泵热水器性能的影响

节流装置的调节对空气源热泵热水系统的性能有着重要影响,电子膨胀阀因其调节范围广而逐渐得到应用,因此需要对其深入研究。以空气源热泵热水器实验系统为研究对象,通过改变电子膨胀阀开度,研究不同调节方式对系统性能的影响。结果表明:1)相同膨胀阀开度下,系统制热量和系统COP随加热的进行均呈先上升后下降的趋势;不同膨胀阀开度下,在加热前期(20~30℃),膨胀阀开度越大,系统COP越大;在加热后期(45~55℃)结果相反;2)在加热过程中,各膨胀阀开度下系统COP趋势线相互交叉,由于压缩机少量吸气带液可以改善系统性能,因此交叉点与各阀开度下过热度达到0 K的点相近但并不重合;3)以水箱平均温度为控制对象调节电子膨胀阀的方法(优化1#)对系统COP的最大优化率为24.8%;以压缩机吸气过热度为控制对象调节电子膨胀阀的方法(优化2#)与优化1#系统COP相比,最大相差4.2%,且经过实验验证具有适用性。

充注量对空气源热泵热水器性能的影响

本文通过实验比较了热泵热水器在不同制冷剂充注量下的制热性能和电子膨胀阀的调节特性,定量研究了电子膨胀阀调节方式对制热性能的影响。结果表明:阀开度16%和定过热度10℃工况下的最佳充注量均为1.1 kg,相应的最佳整体制热性能COP_a分别为3.05和3.68;过大的充注量降低了制热性能和电子膨胀阀的调节范围;与阀开度调节相比,过热度调节可避免吸气带液的发生;在最佳充注量下,对比阀开度和过热度两种电子膨胀阀调节方式得出,后者制热性能更优。

空气源热泵热水器系统性能优化研究

空气源热泵热水器在常年高温地区具有广泛的应用市场,为了使系统性能最优化,提高能源利用率,利用空气源热泵热水器实验台,模拟夏季高温下室内环境,对其系统性能进行了实验研究。通过对比不同环境温度下、不同循环水流量和不同电子膨胀阀开度下系统参数的变化,得出一系列结果：系统能效比Ccop（coefficient of performance）随周围环境温度上升先快速增大后缓慢变大;周围环境温度越低,压缩机排气温度越高;在实验温度为23～35℃区间内Ccop平均值在4.0左右,最高可达到5.2。通过控制电子膨胀阀的开度调节制冷剂流量,可准确控制蒸发器出口过热度,解决了系统变工况下运行不稳定的问题,提高了系统的能效比Ccop。

空气源热泵热水器试验台的设计

由于空气源热泵热水器的热容量随地域性和季节性变化较大,冷媒的质量流量调节范围较大,系统运行特性较为复杂,优化系统性能显得尤为重要。通过空气源热泵热水器试验台的搭建,可以对蒸发器风冷效率,压缩机压缩特性,电子膨胀阀开度等进行独立的研究,进而根据不同工况优化设置系统参数,提高系统制热COP。

低频率下电子膨胀阀调节对制冷系统性能的影响

以R32变制冷剂流量制冷系统实验装置为研究对象,通过改变变频压缩机频率和电子膨胀阀开度,对低频率下电子膨胀阀调节对系统性能的影响进行了实验分析。研究结果表明：1）系统制冷量和质量流量在各频率下变化规律相同;2）当控制蒸发器出口过热度在2 K附近时,低频率范围（25～35 Hz）内存在一个最佳频率点,与其他各频率相比,其系统COP最高;3）低频率下压缩机在过热度0 K附近极少量的吸气带液就会对系统性能造成严重影响,这在实际运行中需要极力避免;4）低频率下（25～35 Hz）控制过热度从0 K变为10 K,电子膨胀阀调节区间为4%～9%,而高频率下（40～50 Hz）调节区间为15%～23%,提高冷冻水温度可以有效改善低频下电子膨胀阀的调节性能。以上结论可以推广到其他变制冷剂流量系统,如变频热泵空调和汽车空调等。

变制冷剂流量制冷系统过热度振荡机理实验研究

本文以变制冷剂流量制冷系统实验装置为研究对象,通过改变电子膨胀阀开度、冷冻水侧加热量和冷却水出水温度,对系统过热度振荡机理进行了实验分析。结果表明:1)电子膨胀阀开度较小时(24.7%~25.3%),蒸发器出口过热度振幅在1 K内,随着开度增大(25.6%~26.2%),振幅变大,约为3 K,当开度为26.5%~26.8%时,振幅恢复到1 K以内;2)传热机理的变化是导致过热度振荡的根本原因,影响蒸发器管内沸腾特性的主要参数是蒸发器换热量和质量流量,研究过热度振荡时需将两者综合考虑;3)压比对质量流量的影响较大。在压比增大初期,质量流量逐渐增加,表面传热系数大幅增加,过热度降低;当压比继续增加时,换热机理一直在液膜对流沸腾换热和过热蒸气换热间交替,维持不变。过热度振荡特性在膨胀阀-蒸发器闭环控制时更为复杂,在今后的研究中需要重点关注。

变频滚动转子式压缩机变吸气状态实验研究与模型建立

压缩机吸气带液可以有效降低排气温度,但也会对压缩机性能产生影响,需要对其深入研究。以R32变频滚动转子式压缩机实验系统为研究对象,通过分析相同频率不同压比和相同压比不同频率时压缩机容积效率随压缩机吸气状态的变化规律,建立了半经验压缩机模型。研究结果表明:(1)压缩机吸气过热时,过热度对压缩机容积效率基本无影响;少量吸气带液时,容积效率均随吸气干度的减小线性降低,各频率和各压比斜率基本相同。另外,系统COP与压缩机容积效率随吸气状态的变化趋势相似;(2)压缩机模型经实验验证,计算值与实验值最大相对误差为1.51%,最小相对误差为0.03%,具有较好的可靠性,可以减少试验次数,并能准确预测出压缩机性能;(3)压缩机运行性能在低频率、低吸气干度时迅速恶化,因此模型适用于压缩机频率高于额定频率、吸气干度大于0.90的运行工况。

制冷系统湿压缩时吸气干度控制方法的实验研究

不完全湿压缩能大幅度降低压缩机排气温度,然而该应用的最大难点是如何控制实时压缩机吸气干度在合适的范围内。本文提出了假拟饱和等熵压缩排气温度控制压缩机吸气该干度的方法,理论分析了在AHRI(空调供暖制冷协会)空调和低温制冷两种典型工况下,R22、R32、R134a和R410A四种制冷剂作为冷媒时,应用该方法控制压缩机吸气带液时系统性能的变化,并通过R32实验验证该结论的正确性。结果表明:利用假拟饱和等熵压缩排气温度可以将压缩机吸气状态控制在少量湿蒸气的状态;在T-s图上具有钟型饱和线形状的R32制冷剂,利用假拟饱和等熵压缩所控制的制冷系统,当吸气干度在0.96~1时,制冷量和COP均能达到最大值。

变频滚动转子式压缩制冷系统的分析

针对吸气带液状态下变频压缩机组分析对优化热力系统的运行有着很明确的指导价值,研究和分析了不同吸气状态和不同压缩机频率下损失、效率、损率、损系数、制冷量、制冷系数(COP)、总损失、总效率以及总损系数的变化趋势,并比较得出了吸气带液时哪个设备是系统最薄弱环节。结果表明:1当压缩机少量吸气带液时,冷凝器和蒸发器效率的提升大于压缩机效率的下降,也就是说少量吸气带液对蒸发器和冷凝器的有利影响大于对压缩机的不利影响;2系统的总损失和总损系数在x=0.95左右达到最小,而总效率在x=0.95左右达到峰值;3当压缩机在较高频率下工作时,冷凝器和蒸发器的损失将会明显增加;4当压缩机频率为50Hz且吸气带液时,蒸发器的损失、损率和损系数最大,效率最小,此时蒸发器为系统最薄弱环节。指出以上结论也适用于同型号的滚动转子式压缩机。

初始水温对空气源热泵热水器系统性能的影响

本文针对空气源热泵热水器加热至较高水温时系统效率明显下降的问题,研究初始水温对系统性能的影响,通过实验改变初始水温,分析系统各参数随加热水温的变化规律,得到实际运行特性及制热性能恶化的原因。结果表明:相同初始水温,随着加热的进行,COP不断下降,加热前期下降趋势较为平缓,后期变大;不同初始水温,因系统开机时存在"预热"阶段,加热后期又受压缩机大量吸气带液的影响,故平均COP随初始水温的升高呈先减小后增大的趋势;少量吸气带液能有效降低排气温度,改善系统性能,大量吸气带液却增大系统功耗,加剧COP的下降趋势。此外,提出以排气温度下降后再次上升时的拐点作为压缩机开始大量吸气带液的参照点,从而提升系统性能。

过热度振荡对变制冷剂流量系统性能的影响

在变制冷剂流量制冷循环中,通常控制蒸发器出口过热度尽可能小来提高蒸发器换热面积的利用率,但过热度过低会诱发制冷系统的振荡。本文分别对变制冷剂流量制冷系统在过热度振荡段和过热度稳定段进行了试验,试验结果表明：（1）压缩机容积效率和等熵压缩效率的振荡幅度和振荡周期变化相似;（2）随着过热度的增大,系统制冷量和COP先缓慢减小。当过热度大于最小稳定过热度后,制冷量和COP的减小幅度变大;（3）当过热度增大时,压缩机容积效率在0-4 K范围内先大幅减小,后逐渐增加,在4-6 K时又逐渐减小,其在制冷量对应的最小稳定过热度附近具有最大值;（4）当系统过热度达到最小稳定过热度时,系统各项性能处于最佳状态。压缩机排气温度与过热度几乎呈线性关系,可以通过排气温度与过热度的关系,将系统控制在最小稳定过热度处。

水流量对热泵热水器性能影响的实验研究

针对空气源热泵热水器运行工况多变,制热效率不稳定的特点,设计了循环加热式热泵热水器实验装置,系统由制冷剂循环和水循环两部分构成,重点研究了水流量对系统性能的影响。实验结果表明:逐时能效比随水温的升高而下降,加热前期水流量越大能效比越低,加热后期刚好相反;水流量越小系统越容易吸气带液,吸气带液会使制热量降低,能效比下降速率增大,导致系统性能变差;吸气带液时,制冷剂流量减小,换热系数增大,与换热系数相比制冷剂流量对制热量的影响更大。该结果为系统实际运行和进一步研究提供参考。

R32变频滚动转子压缩机变工况模型及运行特性

本文研究了R32变频滚动转子式制冷系统,实验分析了压缩机运行频率、吸排气压比、蒸发温度对不同吸气状态下压缩机电效率变化规律的影响,并以此建立了适用于吸气过热和吸气带液的压缩机电效率模型。结果表明:1)在相同压比、相同蒸发温度下,压缩机电效率均随电子膨胀阀开度的变大呈线性下降趋势,且吸气带液段斜率大于吸气过热段,即压缩机吸气带液时,压缩机电效率下降程度更大;2)相同压比下,蒸发温度越高,电效率越小;相同蒸发温度下,压缩机压比越高,电效率越小。同时,压缩机压比越高,蒸发温度对压缩机电效率的影响越大;3)验证工况下模型计算值与实际值最大相对误差为1.83%,最小相对误差为0.03%,具有较好的可靠性;4)压缩机在低频率下运行时性能会恶化,此时模型的准确性会降低,因此模型适用于压缩机频率高于额定频率、吸气干度大于0.88的工况。

变频滚动转子式压缩机热力性能的试验研究

对R32变频制冷系统试验装置进行研究,改变电子膨胀阀开度和变频压缩机频率,对不同频率、不同蒸发器出口过热度下压缩机电效率和容积效率进行了试验分析。结果表明,低频率时（25~35 Hz）压缩机电效率比高频率（40~60 Hz）时要高,而容积效率比高频率时要低。在不同工况下,不同压缩机频率的电效率和容积效率随蒸发器出口过热度的变化趋势不同。当过热度处于4~6 K范围内时,压缩机性能最佳。

板式换热器换热特性及压降的实验研究

为了研究强化板式换热器的换热性能及压降特性,利用小型R32制冷系统,基于钎焊式板式换热器,进行了一系列实验。实验结果表明:板式换热器出口制冷剂由过热到两相态时,制冷剂侧换热系数先急剧增大后缓慢降低,传热温差快速减小后缓慢降低,压降只有小幅度的变化;随着换热器的效能逐渐增大,平衡换热器效能和系统性能后,蒸发器出口干度接近1时,换热效果最好。研究可为强化板式换热器的设计提供参考。