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直膨式太阳能热泵蒸发器结构优化研究

周北雁 黄兴华 侯晓涵

周北雁, 黄兴华, 侯晓涵. 直膨式太阳能热泵蒸发器结构优化研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 292-299. doi: 10.12299/jsues.24-0158
引用本文: 周北雁, 黄兴华, 侯晓涵. 直膨式太阳能热泵蒸发器结构优化研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 292-299. doi: 10.12299/jsues.24-0158
ZHOU Beiyan, HUANG Xinghua, HOU Xiaohan. Optimization of evaporator structure in a direct expansion solar heat pump[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 292-299. doi: 10.12299/jsues.24-0158
Citation: ZHOU Beiyan, HUANG Xinghua, HOU Xiaohan. Optimization of evaporator structure in a direct expansion solar heat pump[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 292-299. doi: 10.12299/jsues.24-0158

直膨式太阳能热泵蒸发器结构优化研究

doi: 10.12299/jsues.24-0158
详细信息
    作者简介:

    周北雁(1999 − ),男,硕士生,研究方向为太阳能热泵。E-mail:1744990535@qq.com

    通讯作者:

    黄兴华(1971 − ),男,副教授,博士,研究方向为两相流动与强化换热、太阳能光热高效利用。E-mail:xhhuang@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TK519

Optimization of evaporator structure in a direct expansion solar heat pump

  • 摘要: 对直膨式太阳能热泵系统中集热/蒸发器结构进行研究,建立吹胀板集热/蒸发器分布参数的数值模型,利用试验数据对模型进行可靠性验证,模拟分析管道流程管数排布、管间距对集热/蒸发器板的集热效率以及热泵系统性能系数(coefficient of performance, COP)的影响。结果表明,在总管数一定的条件下,第一、二流程管数比增大,制冷剂总压降越低,蒸发温度越高;管数比为1∶1时集热效率与COP最佳。随管间距的增大,集热效率与COP先增大后减小,管间距在0.04 m时达到最佳值。
  • 图  1  直膨式太阳能热泵热水器原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of direct expansion solar heat pump water heater

    图  2  制冷剂循环过程压焓图

    Figure  2.  Pressure-enthalpy diagram of refrigerant circulation process

    图  3  两流程太阳能集热/蒸发器的单元划分

    Figure  3.  Unit division of two paths solar collector/evaporator

    图  4  太阳能集热/蒸发器区域划分

    Figure  4.  Zone division of solar collector/evaporator

    图  5  系统仿真流程图

    Figure  5.  Flow chart of system simulation

    图  6  试验装置图

    Figure  6.  Experimental setup diagram

    图  7  试验与模拟COP对比

    Figure  7.  Comparison of COP between experimental and simulation results

    图  8  试验集热/蒸发器表面温度分布

    Figure  8.  Experimental collector/evaporator surface temperature distribution

    图  9  模拟集热/蒸发器表面温度分布

    Figure  9.  Simulation of surface temperature distribution on collector/evaporator

    图  10  管道内制冷剂压力变化

    Figure  10.  Variation of refrigerant pressure in tube

    图  11  管道内制冷剂温度变化

    Figure  11.  Variation of refrigerant temperature in tube

    图  12  制冷剂平均温度与过热区面积的变化

    Figure  12.  Variation of average refrigerant temperature and area of superheated zone

    图  13  集热效率与COP的变化

    Figure  13.  Variation of heat collection efficiency and COP

    图  14  不同管间距时COP随管数比的变化

    Figure  14.  Variation of COP with ratio of tube numbers at different tube spacings

    图  15  不同管间距时集热效率与COP

    Figure  15.  Heat collection efficiency and COP at different tube spacings

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-02
  • 网络出版日期:  2025-12-22
  • 刊出日期:  2025-09-30

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