工业级复叠式高温热泵的性能研究

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1、工业级复叠式高温热泵的性能研究PerformanceResearchofIndustrialCascadeHighTemperatureHeatPump学科专业：热能工程作者姓名：李巍指导教师：张于峰教授天津大学环境科学与工程学院2017年12月摘要在工业应用领域中，供热温度的要求高于民用，因此传统的民用热泵无法适应工业领域的需求。为此，本文开展了工业级高温热泵的性能研究。研究问题主要有两个：第一是开发出环保性好、循环性能优良、可适应更高制热温度的工质；第二是研发能质调配的关键设备，实现高温热泵系统的优化集成，最终实

2、现低品位热源的深化利用。为寻找合适的高温热泵工质，本文开发出新型高温非共沸混合工质BY-6。设计蒸发温度从90℃变化到115℃，对应冷凝温度从145℃变化到170℃，分别对BY-6、HFC245ca、HFC245fa、HCFC123的循环性能进行理论计算，结果表明高温工况下BY-6的各项性能均表现最优。当冷凝温度为170℃时，冷凝压力为2.53MPa。在热泵技术高温化的迫切需求下，BY-6具有广阔的应用空间。本文搭建了一个复叠式高温热泵实验台，选用BY-6与BY-3B分别作为高、低级的工质，从50℃热源吸热，冷凝器出

3、水温度（使用侧热水温度）达170℃。此时，高温侧的冷凝压力为2.87MPa，中间换热温度、压力适中。高、低温侧的压缩比分别为3.47和4.73，COP分别为5.2和4.4，系统的COP为2.39。实验证明BY-6具有优良的性能。本实验揭示了热泵的各级COP、压缩机功耗、制热量等随冷凝器出水温度变化的规律；为高温热泵工业化的应用提供数据支撑并奠定理论基础。压缩机是工业热泵机组的核心设备。为实现本项研究的工业化利用，本文探讨了压缩机的性能检测方法。原有的检测设备存在占地面积大、投资和运行费用高的问题，故本文又尝试提出一种

4、新型压缩机性能检测方法与装置。并针对新检测装置的核心部件喷射器，提出一种新的热力学数值计算设计喷射器几何尺寸的方法，其延程的几何尺寸伴随热力学计算同步获取，设计过程充分体现“流固耦合”的技术要求。关键词：工业余热回收，复叠式高温热泵，热力学数值计算设计，混合工质，COPIABSTRACTInthefieldofindustrialapplications,thedemandforheatingtemperatureishigherthanthatofcivilianuse.SothetraditionalcivilH

5、eatPumpcannotmeettheneedsoftheindustrialfield.TheperformanceofindustrialHighTemperatureHeatPumpisstudiedinthispaper.HighTemperatureHeatPump’sresearchconsistsof2issues.Thefirstissueistodevelopagoodenvironmentalprotection,appropriatethermalcycleperformance,compat

6、ibleabilitywithhighertemperatureHeatpump.Theotherissueistodevelopakeyequipmentofenergyqualitydeployment,achieveHighTemperatureHeatPumpsystemoptimizationintegration,andultimatelyrealizethedeepeninguseoflow-gradeheatsource.Inordertofindasuitablehightemperaturehea

7、tpumpworkingfluid,wedevelopedBY-6whichisanewtypeofhightemperaturenon-azeotropicworkingfluid.ThetheoreticalcalculationsshowBY-6alwayshasoptimalperformanceinsixdesignconditionscomparedwiththeHFC245ca,HFC245fa,HCFC123,whentheevaporationtemperaturechangesfrom90°Cto

8、115°C,withthecondensingtemperaturevaryfrom145°Cto170°C.Whenthehotwaterofusingside(hightemperaturecoolingwater)reaches170°C,thecondensingpressureis2.53MPa.Becauseoftheurgentr