带喷射器的跨临界CO₂热泵系统动态特性研究

摘要

带喷射器的跨临界CO₂热泵循环系统由两个耦合子循环组成，具有高度非线性特性，且喷射器对工况变化敏感，独特的热力学行为导致该系统动态响应较为复杂．针对上述问题，建立带喷射器的跨临界CO₂热泵系统的动态模型，模型中换热器采用有限体积法构建空间离散化模型，喷射器采用基于实际气体的计算模型．并对该动态模型进行了验证，稳定后的模拟结果与实验数据基本吻合，其误差小于5%．通过MATLAB/Simulink求解计算，研究了内部参数（蒸发温度）及外部参数（冷却水流量）阶跃变化扰动下的系统各参数的动态响应.结果表明，相较于外部参数变化引起的动态响应，系统对内部参数的变化更为敏感，且响应初期系统压力出现逆向响应现象．当内部参数蒸发温度降低时喷射系数快速降低后达到稳定，升压比在蒸发温度较低时波动较大，随着蒸发温度提高，波动较小．蒸发温度从-0.45℃降至-4.80℃，喷射系数较初始工况降幅可达45.95%．而外部参数（冷却水流量）阶跃变化扰动对系统的制热系数（COP_h）影响更为明显，当外部参数（冷却水流量）增加时，系统压力均下降，喷射系数总体呈下降趋势，系统制热系数增加．冷却水流量从3.3 L/min增至4.6 L/min时，系统制热系数增幅达13.86%．系统各部分耦合作用强烈，在相同操作工况下模型趋于稳定后的结果与实验结果的趋势一致，为改进带喷射器的跨临界CO₂热泵系统控制策略、增强系统稳定性奠定基础．

关键词

喷射器 / CO₂ / 跨临界热泵循环 / 动态特性