[發明專利]一種基于最優質量流速的CO2氣體冷卻器優化設計方法

有效

• 申請號: 201810344428.6
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108595813B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 曹鋒;崔策;殷翔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明提供一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器優化設計方法，包括：第一步：建立一個離散的數據庫。第二步：對數據庫中的每一個工況點，初步確定出氣體冷卻器的換熱面積。第三步：對初步確定換熱面積的氣體冷卻器，根據已經確定的換熱面積計算出相應的換熱管的長度。第四步：針對上述的每一種質量流速情況進行數學模擬，得到每種情況質量流速情況下的最優排氣壓力值。第五步：得到該種質量流速情況下的最優能效比，比較上述計算得出的最優能效比，選出其中最優能效比最大的設計方案，即得到在確定換熱面積時的最優質量流速下的氣體冷卻器優化設計方案。

技術領域

本發明屬于熱泵技術領域，特別涉及一種跨臨界CO₂熱泵氣體冷卻器優化設計方法。

背景技術

隨著世界經濟的發展，能源在人類的活動中發揮的作用越來越重要,甚至可以說是人類社會賴以生存和發展的主要物質基礎。而在我國，能源短缺業已成為制約我國國民經濟能夠持續快速發展的一個障礙，鑒于此，我國政府將工業、民用等所有領域的節能、環保以及低碳經濟的問題提到了全國經濟活動中前所未有的高度。在技術和經濟性上，熱泵技術是解決工農業生產供熱問題具有較大優勢的一種節能有效的途徑。相較于傳統熱泵，跨臨界CO₂熱泵在提供高溫熱水的同時，不僅對環境友好，而且憑借其更高的能效比成為能源領域的發展方向，具有廣闊的發展空間。

不同于常規制冷劑高壓高溫側冷凝器內的換熱，類顯熱換熱是跨臨界CO₂熱泵最為顯著的特征。在氣體冷卻器內，隨著水溫的逐步升高，制冷劑CO₂的溫度逐步降低，由此形成了 CO₂較大的進出口溫差，這種不同于常規冷凝器內的換熱方式，在跨臨界CO₂系統中具有獨特的意義。氣體冷卻器的幾何物理特性決定了系統產熱量和能效比的大小，是跨臨界CO₂熱泵熱水器的核心部件。同時，CO₂良好的傳熱以及流動特性，進一步決定了氣體冷卻器的結構具有與常規制冷劑系統冷凝器完全不同的特征。因此，氣體冷卻器的設計計算對跨臨界CO₂熱泵的性能表現至關重要。

對于水-CO₂氣體冷卻器，在有關跨臨界CO₂系統的研究中，多數采用了同軸套管式氣體冷卻器的形式，只是在套管換熱器的換熱管具體尺寸上存在著差別。同時，在現有成熟的空氣源跨臨界CO₂熱泵熱水器產品中，也都采用了套管式換熱器。目前針對以套管式換熱器為結構形式的氣體冷卻器的設計原則，主要是針對其換熱面積的設計計算，對于套管換熱器的幾何結構并沒有相應的設計準則。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器設計方法，能夠針對CO₂氣體冷卻器的換熱面積和幾何結構提供設計方案；以解決上述技術問題。本發明對氣體冷卻器進行優化設計，從而確定在最優質量流速下套管換熱器的幾何結構。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器優化設計方法，包括以下步驟：

第一步：根據蒸發溫度最小值T_e1、出水溫度最小值T_w,out1、CO₂質量流量最小值蒸發溫度最大值T_e2、出水溫度最大值T_w,out2、CO₂質量流量最大值以及溫度測量精度ΔT和質量流量測量精度建立一個離散的數據庫；