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1、青岛农业大学大学生创新立项项目结题报告记录书 作者： 日期：2 青岛农业大学大学生创新立项结题报告书 项目名称： 沼气热泵系统建模与特性研究 项目主持人： 钟涛 专业年级： 建环1001 指导教师： 徐振军 填表日期：2013 年 6 月 1 日一、简表项目名称沼气热泵系统建模与特性研究起止时间 2011 年 10 月至 2012 年 9 月指导教师姓名徐振军出生年月1980年8月学历博士学位博士学院建工学院专业建筑环境与能源应用工程研究方向先端能源转换系统项目负责人姓名钟涛出生年月1990年8月学院建工学院专业班级建环1001承担任务项目总负责签名项目组成员姓名专业班级承担任务签名王冰洁建环
2、1002数学建模 编程窦小川建环1001特性分析 编程朱华鑫建环1001数据处理 数据分析中文摘要：（300汉字）针对目前沼气利用技术单一、用能效率低的缺点和不足，结合新农村建设的实际情况，以申请人对沼气热泵技术的研究为基础，研究沼气热泵换热器网络优化技术，得到国内外首创具有自主知识产权的基于沼气热泵换热器余热回收技术，发挥其在节能环保、燃料独立能源及改善能源结构方面的突出作用。最终使该技术成为具有自主知识产权的节能环保高新技术，从而较大提高沼气热泵一次能源利用率，有效缓解新农村能源供需矛盾，满足新农村人们对舒适性人工环境的各种需求，为沼气供能系统产业化奠定基础制冷工质热力参数算法及软件设计研
3、究应用线性插值的数学方法设计了制冷工质热力参数计算查询软件，可以通过软件的界面显示相应的参数值。该软件功能强大可以查询多种制冷工质的热力参数，另外还具有操作简单，使用方便等优点。关键词： 沼气热泵 ； 复合发电 ； 数学模型 ； 软件 ； 制冷工质 二、报告正文（一）研究计划要点及执行情况概述（是否按计划进行，哪些内容作了必要的调整和变动，哪些研究内容未按计划进行，原因何在。）研究内容：（1）系统及各部件之间的最佳匹配及优化设计通过建立部件及系统数学模型，编制产品模块化优化设计软件。通过计算，优化部件匹配，研究系统性能，内容包括部件匹配特性、系统稳态特性。（2）基于换热器网络优化的沼气热泵余热
4、梯级回收研究通过综合技术来优化沼气热泵的换热器，以期达到系统换热器成本最低、收集系统余热最多。与沼气热泵系统联立，使得该系统一次能源利用率PER显著提高。余热梯级回收系统优化技术包括排烟余热回收、冷却水余热回收以及余热回收后利用的仿真，得到余热的最佳梯级回收利用的关键技术。技术路线A基于换热器网络优化的沼气热泵性能研究 分析沼气热泵系统及组成部件特性，建立沼气发动机、压缩机、发电机、换热器、制冷剂等部件模型及系统模型。通过仿真与优化，研究系统各部件之间的匹配特性和系统特性。B沼气热泵系统换热器优化 通过综合技术来确定沼气热泵换热器网络物流间匹配换热的结构以及相应的换热负荷分配。优化换热器网络，
5、降低换热器投资费用，提高系统余热利用效率。C沼气系统优化及余热梯级利用 联立沼气系统模型及换热器模型并求解，展开系统优化研究，最终形成实用的系统优化设计软件和系统优化的关键技术。D项目结题与验收 时间计划2011.10-2012.03查找文献，搜集资料，总结现有技术，提出建模方法，开始编制程序。2012.04-2012.06完成数学建模，完成程序编制，计算热泵工况，研究沼气热泵的特性。2012.07-2012.09 完成项目目标，结题。 项目进展基本按照预期有计划进行，其中在软件编制过程中会遇到一些困难造成时间延误，但是经过积极调整，加快后期进度，最终还是没有影响项目总进度。（二）研究工作主要
6、进展和所取得的成果项目特色及创新点（1）沼气热泵系统换热器的优化在沼气热泵系统中，一些物流被加热，另一些物流被冷却。合理地把这些换热物流匹配在一起组成换热网络。充分地利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收程度，尽可能减少辅助加热和冷却负荷，对提高整个系统的一次能源利用率具有重要意义。沼气热泵系统一般包括缸套换热器、排烟换热器、冷凝器、蒸发器、余热换热器、热水换热器、供风机盘管等，这些换热器按照一定的规则构成换热器网络。优化换热器网络，降低换热器投资费用，提高系统余热利用效率，对于沼气热泵的性能提高意义重大。（2）特有的余热梯级利用技术基于优化后的沼气热泵系统换热器网络，针对沼气发动机排烟及冷
7、却水在不同工况下的能级采取不同的梯级利用方式，回收余热用于室内供暖或者制取生活热水，显著提升系统在常规及恶劣环境下的能量利用率和运行经济性，效率更高、舒适性更好。该技术也是本项目所特有的。项目研究取得的成果（1）复合发电系统的沼气热泵供能特性研究通过查阅相关资料以及实地考察运用数学建模的方法分析论证，建立了包括沼气发动机模型、压缩机模型、换热器模型、膨胀阀模型、发电机模型和蓄电池模型的沼气热泵复合发电系统各部件数学模型，利用该模型，研究了不同转速下的热泵系统特性、发电系统特性以及整体性能。结果表明，复合发电系统的沼气热泵系统最高总制热性能系数在5.0以上，并且在低转速下，制冷和制热系数较高，具
8、有较好的部分负荷特性及较好的节能环保效果。本系统的发电电压为28.8伏，其发电能够满足自身用电需求。（2）制冷工质热力参数算法及软件设计研究运用VB编程软件以及建立热力参数计算算法，编辑了可以按温度或按压强查询水蒸气二氧化碳、氨、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯的参数值，也可以查询各种氟利昂制冷工质如R11、R12、R13、R14、R22、R23、R32、R41、R113、R114、R115、R116、R123、R124、R125、R134a的相应参数值的软件。软件数据的计算采用线性插值法，对参数表中已有的数据采用插值法计算。该软件使用方便，操作简单，功能强大，为工程计算提供了有力的帮助，大大减少了计算
9、工质热力性质时的计算 （3）研究成果发表了有影响力的国际或国内研究论文1篇，申请国家专利1项，申请国家软件著作权1项。（三）存在的问题、建议及其他需要说明的情况（包括项目研究工作中的难点和经验，本项目研究是否达到预期目标，如未达到，请分析原因和可能的解决途径。今后进一步研究的建议和设想。）存在问题和难点 项目研究过程中由于需要建立数学模型，需要查阅大量资料，进行复杂的数据处理，还需要对结论进行反复验证，对结果进行科学性分析，所以会遇到一定困难。另外在软件设计过程中需要编写软件代码和数据处理，因此也会遇到一些困难。项目建议和设想 通过这次项目的研究积累经验，学会运用数学建模的方法研究问题，对沼气
10、热泵系统进行优化，为沼气供能系统产业化奠定基础。（四）获得的主要成果（发表的论文、专利、软件著作权、动植物新品种权或审定、获奖情况、推广应用产生的效益、成果报道等；复印件附在结题报告书后面。）发表论文【1】徐振军复合发电系统的沼气热泵供能特性研究青岛农业大学建筑工程学院，【2】钟涛，徐振军制冷工质热力参数算法及软件设计研究青岛农业大学建工学院 取得专利沼气热泵性能计算平台v1.0 软件著作权沼气热泵性能计算平台及软件说明书 三、经费使用情况序号项目内容预算（元）支出（元）1调查差旅费7002资料复印 抄录费1003材料费参考论文 书籍 相关资料4004其他论文版面费 知识产权费 代理费等8005678910合 计2000四、指导教师意见指导教师签字： _年_月_日五、验收意见报告书见附件，请再顺一下格式和文字，并按照这个报告书做PPT。把报告书修改好后，与周二下午五点之前，报报告书电子版发到徐振军专家组组长签名： _年_月_日六、教务处审核意见处长签字： 教务处（盖章）_年_月_日注：1.表格不够可另附纸。2.已发表论文或拟发表论文、各种成果证书要附在结题报告书后面。7
