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1 绪论1

1.1 研究背景1

1.1.1 环境保护和可持续发展1

1.1.2 臭氧层破坏和温室效应2

1.1.3 制冷剂替代及CO2自然工质重新启用2

1.1.4 太阳能热泵联合应用技术3

1.2 太阳能的特点及利用技术3

1.2.1 太阳能的特点3

1.2.2 太阳能利用形式4

1.2.3 我国太阳能的分布5

1.2.4 世界太阳能的分布7

1.3 CO2跨临界热泵系统组成及研究现状7

1.3.1 压缩机7

1.3.2 膨胀装置及膨胀机11

1.3.3 换热器12

1.3.4 CO2跨临界循环14

1.4 R134a和R1234yf热泵技术研究现状17

1.5 太阳能热泵系统组成及研究现状19

1.5.1 国内研究现状20

1.5.2 国外研究现状33

1.6 小结37

参考文献38

2 热泵系统热力学分析47

2.1 逆向卡诺循环和蒸气压缩式循环47

2.1.1 逆向卡诺循环47

2.1.2 蒸气压缩式循环48

2.2 热泵系统组成及热力学分析49

2.2.1 单级热泵循环分析49

2.2.2 双级热泵循环分析50

2.2.3 单、双级热泵循环热力学分析52

2.3 热泵系统性能平台53

2.3.1 性能平台界面53

2.3.2 性能平台使用54

2.4 热泵系统性能分析57

2.4.1 单级热泵循环性能分析57

2.4.2 双级热泵循环性能分析65

2.5 小结76

参考文献76

3 太阳能理论计算80

3.1 太阳能量的传输80

3.2 太阳能相关参数81

3.2.1 赤纬角81

3.2.2 真太阳时82

3.2.3 太阳角83

3.2.4 太阳常数83

3.2.5 太阳入射角84

3.3 太阳能辐照量计算84

3.3.1 大气层外太阳辐照量84

3.3.2 月平均日太阳辐照量84

3.3.3 水平面上辐照量85

3.3.4 集热器辐照度85

3.3.5 修正因子86

3.4 计算结果87

3.5 大气透明度和修正因子88

3.5.1 大气透明度88

3.5.2 晴空指数88

3.6 小结89

参考文献89

4 太阳能集热器和储热水箱91

4.1 建筑采暖热负荷91

4.1.1 设计依据91

4.1.2 热负荷计算92

4.2 计算选型92

4.2.1 集热器面积计算92

4.2.2 蓄热水箱设计93

4.2.3 集热系统流量确定94

4.3 小结95

参考文献95

5 太阳能压缩式热泵数值模型97

5.1 模拟基础97

5.2 ANSYS一般分析步骤98

5.3 CO2跨临界循环压缩机数值模型100

5.3.1 CO2活塞压缩机连杆模型的建立100

5.3.2 CO2涡旋压缩机动涡盘模型的建立107

5.4 CO2热泵热水器气体冷却器数值模拟113

5.4.1 CO2工质的物性分析113

5.4.2 CO2气体冷却器模型的建立114

5.5 R134a/R1234yf热泵热水器冷凝器数值模拟119

5.5.1 模拟基础119

5.5.2 冷凝器模型121

5.6 R134a/R1234yf热泵热水器回热器的数值模拟124

5.6.1 Gambit模型124

5.6.2 边界条件的确定125

5.6.3 Fluent中求解模型的参数设置125

5.7 太阳能热泵储热水箱数值模拟127

5.7.1 物理模型127

5.7.2 控制方程127

5.7.3 模型的简化与假设128

5.7.4 网格划分和边界类型设定128

5.7.5 模拟工况128

5.8 小结129

参考文献130

6 太阳能压缩式热泵模拟结果分析133

6.1 CO2跨临界循环活塞压缩机连杆模拟结果133

6.1.1 压缩过程连杆位移和应变模拟结果分析133

6.1.2 排气过程连杆位移和应变模拟结果分析135

6.2 CO2跨临界循环涡旋压缩机动涡盘模拟结果137

6.2.1 动涡盘应力分布模拟结果分析138

6.2.2 动涡盘位移变形模拟结果分析139

6.3 CO2热泵热水器气体冷却器模拟结果141

6.3.1 温度对换热性能的影响141

6.3.2 质量流量对换热性能的影响143

6.4 R134a/R1234yf热泵热水器冷凝器模拟结果146

6.4.1 残差图分析146

6.4.2 流速对换热性能的影响147

6.5 R134a/R1234yf热泵热水器回热器模拟结果155

6.5.1 残差图分析155

6.5.2 长度对换热性能的影响157

6.6 太阳能压缩式热泵储热水箱模拟结果159

6.6.1 流速对温度场的影响159

6.6.2 进口水温对温度场的影响160

6.7 小结160

参考文献161

7 太阳能压缩式热泵性能研究163

7.1 系统介绍163

7.2 部件模型及系统效率164

7.2.1 平板集热器164

7.2.2 储热水箱168

7.2.3 蒸发器168

7.2.4 压缩机169

7.2.5 冷凝器169

7.2.6 节流阀170

7.2.7 系统效率170

7.3 程序设计及参数的确定171

7.3.1 程序设计171

7.3.2 程序运行界面172

7.3.3 热泵参数的确定174

7.4 太阳能热泵系统性能分析175

7.4.1 串联式系统性能分析175

7.4.2 并联式系统性能分析183

7.5 太阳能热泵系统？分析188

7.5.1 太阳能压缩式热泵？分析模型189

7.5.2 串联式太阳能压缩式热泵？损失分析191

7.5.3 并联式太阳能压缩式热泵？损失分析194

7.5.4 太阳能压缩式热泵系统？损失分析198

7.6 小结199

参考文献200