自由活塞VM循環(huán)熱泵性能分析與熱力學優(yōu)化.pdf

1、自由活塞機構采用彈簧保持運動的周期性，由于沒有機械側壓力作用在活塞上，可以減少活塞密封環(huán)的磨損。將自由活塞機構應用于VM循環(huán)熱泵可以提高熱泵的工作壽命。但自由活塞VM循環(huán)熱泵在運行過程中，存在很多不可逆損失。本文進行自由活塞VM循環(huán)熱泵的性能分析與熱力學優(yōu)化，研究循環(huán)性能的提高途徑。
　　根據(jù)自由活塞在VM循環(huán)熱泵中的位置，確定了四種自由活塞機構彈簧的連接方式。通過計算系統(tǒng)的性能系數(shù)，確定采用三根彈簧的連接方式。并分析了活塞位移、

2、頻率、相位角、振幅比和阻尼對自由活塞結構運動規(guī)律的影響。
　　在熱源溫度為800K，供熱溫度為333K，冷源溫度為273K下，分析自由活塞VM循環(huán)熱泵各主要部件特點，進行設計，并確定系統(tǒng)的運行參數(shù)。計算回熱損失、流阻損失、導熱損失、穿梭損失、泵氣損失和其他損失，得到實際性能系數(shù)和理論性能系數(shù)相差21.5%。并且熱泵的實際性能系數(shù)隨著循環(huán)平均壓力的增大呈現(xiàn)遞增的趨勢，并且增加的趨勢逐漸減小。隨著轉速的增大，熱泵的制冷量和制熱量呈現(xiàn)增

3、加的趨勢，并且增加的趨勢越來越明顯。減小活塞間隙可以減小穿梭損失和泵氣損失的總和，從而提升熱泵的性能系數(shù)。
　　最后采用有限時間熱力學的方法，建立了VM循環(huán)熱泵的不可逆循環(huán)模型。不可逆過程包括熱源熱容的有限性、熱阻和換熱效率、回熱損失及熱漏損失，分析了以上因素對循環(huán)熱泵制熱系數(shù)和泵熱率的影響，推導了制熱系數(shù)和泵熱率的表達式。研究發(fā)現(xiàn)，熱源的入口溫度、出口溫度和換熱器效率成耦合關系，提高換熱器效率可以減小熱源出口溫度從而提高熱源利用