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空气能热泵的仿真过程与结果

空气能热泵的仿真过程与结果

1.仿真过程与结果

变制冷剂质量流量

根据表2所示的仿真条件,改变制冷剂质量流量,以10kg/h为步长,对90~150kg/h范围内制冷剂质量流量进行仿真模拟。模拟结果如图2所示。

从图2(a)和(b)可以看出,随着制冷剂质量流量的增加,蒸发器换热量与总传热系数随之增加,但增幅逐渐减小,制冷剂的换热能力下降。90~150kg/h流量范围内的换热量相比前者的增幅分别是8.2%,5.2%,2.6%,1,1%,0.9%和0.8%。制冷剂质量流量在120~150kg/h范围内时,从图

2(c)可以看出,支路出口制冷剂干度均小于1,即蒸发器出口制冷剂未达到饱和,为湿蒸气状态;压缩机在湿压缩下,湿蒸气与汽缸壁发生热交换,液珠

蒸发占据汽缸有效空间,致使制冷量降低甚至造成液击,损坏压缩机;图2(d)与图2(c)相对应,沿制冷剂流动方向管路压力降随制冷剂流量增大而增大。由图2(d)可以看出,制冷剂在90~120kg/h范围时,压降先增大,在制冷剂饱和后增势减缓,甚至降低,这是因为制冷剂在管内蒸发,因相变引起的加速(蒸发)阻力损失较大。制冷剂饱和达到过热后,由于干度和流型等的变化,压降减小。综上可见,最佳制冷效果的制冷剂质量流量在120kg/h左右。

1.2变风量仿真过程与结果

根据以上分析结果,最佳制冷效果的制冷剂质量流量在120kg/h左右,故取质量流量为115kg/h。蒸发器的进口风量以5m3/min为步长,针对风量由15m3/min逐渐增大到35m3/min这过程进行仿真模拟,仿真结果如图3所示

由图3(a)可知,换热量随风量增大而增大,且在15~20m3/min范围内增长迅速,达到25m3/min后增势渐缓并趋于稳定,在30m3/min后趋于稳定,因此继续增大风量没有意义,反而会增加风机功耗;蒸发器总传热系数随风量的增大呈现先增大后减小的趋势,在20m3/min时达到峰值。

在图3(b)中,风量为15m3/min时蒸发器出口制冷剂未达到饱和,在25~35m3/min范围时,制冷剂分别在管段编号为5,4和3处达到饱和,并有定过热度。结合图3(b)和(c),在制冷剂干度达到1之前,压降沿制冷剂流路方向逐渐增大,在达到饱和后压降急剧减小,其原因与变制冷剂流量条

件下相同。综上所述,考虑蒸发器出口制冷剂需要有一定的过热度,认为风量在25m3/min(风速1.5m/s)左右时制冷效果最佳。图3(d)所示为变风量变制冷剂流量下制冷剂侧总压降变化曲线,总压降随制冷剂流量增大而增大。相同制冷剂质量流量条件下,改变进口风量时,制冷剂侧总压降趋势平缓,波动比较小。可以认为在固定制冷剂质量流量下,制冷剂侧总压降随风量变化影响不大。

2结论

笔者针对制冷剂R290,以空气源热泵蒸发器制冷剂进口状态作为条件,分别改变制冷剂质量流量和进口风量,对蒸发器运行进行仿真模拟,得到如下结论

1)改变制冷剂质量流量,蒸发器换热量、总传热系数与管路压降随制冷剂流量增大而增大,但制冷量增幅逐渐减小,最佳制冷效果的制冷剂质量流量在120kg/h左右;

2)取制冷剂质量流量为115kg/h,改变蒸发器进口风量,最佳风量在25m3/min(风速1.5m/s)左右,此时蒸发器换热量趋于稳定;

3)制冷剂质量流量保持不变,改变入口风量时,蒸发器制冷剂侧总压降变化不大。