基于NSGA-Ⅱ算法的VM循环热泵多目标优化分析

以系统性能COP和效率ηe作为综合优化目标函数,选取热源温度、循环平均压力、冷热腔容积比和转速作为决策变量。在决策变量的约束条件内,采用Matlab软件和NSGA-Ⅱ算法,得到Pareto最优前端,利用TOPSIS优选方法优选COP和效率ηe综合指标最佳的工况。对于以上4个决策变量,热源温度对目标函数的影响最大,冷热腔容积比与转速影响相对较小,循环平均压力的影响最小。因此在实际运行中,应首先保证热源温度恒定。

有限热源影响下VM循环热泵的热力学分析

对于低温余热,VM循环热泵是一种高效节能的利用途径。文中采用有限时间热力学方法,推导了基于牛顿线性导热定律的内可逆VM循环热泵泵热率的表达式。分析表明:采用VM循环热泵用于地板辐射采暖时,随着有限高温热源的入口温度和有限低温热源进口温度的增加,泵热率将增大;而随着有限高温热源的出口温度和有限低温热源出口温度的增加,泵热率将减小。并且低温有限热源温度的变化对泵热率的影响远大于高温有限热源温度的变化。

回热器孔隙率对VM循环热泵性能的影响分析

孔隙率是表征回热器结构和效率的重要参数,影响整个系统的流动和传热特性。以热驱动斯特林循环的VM(Vuilleumier,VM)循环热泵为研究对象,建立了其内部回热器的模型,研究了在不同的热源温度、系统压力、转速、容积比和工质的情况下,孔隙率对整个热泵系统性能的影响。结果表明:随着孔隙率的增加,系统性能系数先增加后减小,在0.6左右达到最佳。在相同孔隙率的情况下,系统性能系数随着热源温度、系统平均压力、容积比、转速的增加而分别增大,并且增加的幅度是越来越小的。对于工质而言,氦气和氢气的性能较优,而氮气的性能较差。综合考虑安全等因素,宜选氦气作为工质。