摘‌‌要

随着环境问题越来越受重视，节能减排成为了科研项目的重点。为了解决锅炉设备的余热烟气得不到充分利用的问题，设计出150kW的喷射式热泵。在前人研究的基础上，以R123作为工质，对喷射式热泵的循环性能进行了深入分析。对其中的喷射器，研究了高压蒸汽与低压蒸汽在其中的膨胀混合过程，计算出其引射率。研究冷凝器的窄点，计算冷凝水的流量。

使用MATLAB软件，建立了关于喷射式热泵循环系统的数学模型，对其各个状态点进行数值模拟。根据模拟后的状态点参数，对其进行性能分析。选取冷凝器作为设计对象，使用管壳式换热器进行传热。经软件调试后得到管壳式换热器的尺寸数据，使用CAD完成设计。

关键词：热泵 喷射器 数值模拟

Abstract

Energy and emission reduction have became the focus of research projects as environmental issues become more and more important.In order to solve the problem that waste heat flue gas of boiler equipment cannot be fully utilized,a 150kW jet heat pump is designed.On the basis of previous studies,R123 is used as the working medium to make an in-depth analysis of the cycling performance of the jet heat pump. The mixing process of high pressure steam and low pressure steam in the injector is studied,and the ejection rate is calculated.The narrow point of condenser is studied and the flow rate of condenser water is calculated.

Using MATLAB software,the mathematical model of the injection heat pump circulation system is established,and the numerical simulation of each state point is carried out.According to the state point parameters after simulation, its performance is analyzed.The condenser is selected as the design object and the tube and shell heat exchanger is used for heat transfer.After debugging, the dimension data of shell and tube heat exchanger are obtained,and the design is completed by CAD.

Keywords: heat pump injector numerical simulation

目录

摘‌‌要 I

Abstract II

第‌一章 绪‌论 1

1.1研‌究背‌景 1

1.2研究现状 1

1.3研究内容 3

第二章 喷射式循环性能分析 5

2.1 喷射式热‌泵系统的流程分析 5

2.2各‌节‌点的参‌数 7

2.3计算引射率、流量、COP 8

2.4性能分析 9

第三章 冷凝器的热力计算 17

3.1冷凝器的设计 17

3.2气相管壳式换热器 18

3.3气液两相管壳式换热器 25

3.4本章小结： 26

第四章 冷凝器的结构计算 27

4.1壳体、管箱壳体及封头 27

4.2管板 28

4.3换热管 28

4.4折流板：弓形‌折流板 28

4.5拉杆与定距管 29

4.6气相管壳式换热器结构 29

4.7本章小结 29

第五章 总结 31

参考文献 32

致谢 35

附录一 36

附录二 38

附录三 44

第‌一章 绪‌论

1.1研‌究背‌景

热泵主要用于能量的富集，是一种可以将品质‌较低的能量转化为品质‌较高的能量的设备。但是热泵需要一定的驱‌动能，用来补偿从低温物体到高温物体的部分能量消耗。某些不能直接利用的能量，如低品质的热能、太阳能、工业废热。这些能量大多蕴含在空气、土壤、水中，可以利用热泵将其转化为可利用的热能^[1]。

喷射器是一种基于热源的设备，需要一定的热量驱动，主要作用是用于热回收。与吸热泵相比，喷射式热泵具有以下4点优势:所需资金低，内部结构简单，修理方便，且不太依赖空间^[2]。

工作原理：在蒸汽气发生器的工作环境中，将工质蒸发为高温、高压气体，进入喷嘴膨胀加速，并且在其出口处形成一片低压区。蒸发汽装置内的工质受到低压的影响，吸收热量蒸发，进入喷射器。这两股流体在一个混合室里混合，紧接着在扩压室内增压，然后工质在冷凝器内放热冷凝为液体。

最后，一部分工质经过循环泵流入到高温热源，另一部分工质经过节流阀流入到低温热源完成循环^[3]。

热泵可以将热能在两个物体之间传输，也可以让热能与其他能量交换。虽然热泵是一种基于热源的设备，但是其在工作过程中的总能量值仍然不变，所以不难看出热泵系统在应用过程中有利于节约能源。

当经济的发展需要以环境污染、能源浪费为代价时，热泵这类的节能设备需求量将会越来越大，十分符合社会的发展趋势。

喷射式热泵主要应用在工业当中,比如其往往可以应用于木材、食品、陶瓷、造纸、印刷以及石油化工等工业生产过程中^[4]。

1.2研究现状

Sadi karnot在1824年提出了“卡诺循环”。有人基于这一理论的提出了运用逆向卡诺循环，让制冷设备反过来进行加热的想法。这一创造性的设想由英国的科学家L.Kelvin提出^[5]。在这之后，大量的科研力量投入到热泵研发的过程当中。1912年瑞士苏黎世，成功开发并安装了一个水冷热泵。它是以河水内的低品质热能作为热源，主要用于供暖^[6]。

然而热泵真正成熟的应用于工业还是要从20世纪40年代开始，在这之后热泵工业的高速发展时期^[7]。自1970年以来，世界各国对热泵的研究、开发大型热泵的规划、热泵的新开发、热泵的使用制定了详细的计划，热泵技术因此得到不断发展，对节能环保中发挥着重要作用^[8]。21世纪，燃油价格的突然提高，热泵凭借低温回收、节能环保等优点，成为了一种高性价比的节能科技。世界上的主要发达国家政府已发布白皮书，以促进热泵的社会应用^[9]。在20世纪80年代，相比于世界上先进的热泵技术，中国还有许多不足^[10]。这是由于热泵技术是在新中国成立后才开始引入中国^[11]。但是进入21世纪后，由于中国空调市场的发展，越来越多的人致力于推广我国的热泵应用，热泵开发速度非常快，热泵研究不断完善^[12]。现如今中国热泵行业从开始的学习外国技术转入到研究自己的热泵技术^[13]。我国热泵技术的快速发展，主要原因在于热泵在节约能源方面有着显著的优势，从而吸引了更多的力量参与热泵的研发，促进了其工业技术创新。

随着社会发展，传统热泵在应用过程中显现了一些缺点：①热源与快速增长的供热需求不成正比^[14]；②供热网络的传输效率不高，扩大管网造成严重的经济消耗^[15]。

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