dc.contributor.advisor | Eikevik, Trygve M. | |
dc.contributor.advisor | Wang, Ruzhu | |
dc.contributor.author | Klevjer, Martin | |
dc.date.accessioned | 2021-09-20T16:54:55Z | |
dc.date.available | 2021-09-20T16:54:55Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:57317268:34548938 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/2779672 | |
dc.description.abstract | Det anslås at høytemperaturs varmepumper skal være en vesentlig del av en grønn
industrisektor i fremtiden (IEA, 2020). Hovedutfordringen for høytemperaturs
varmpepumper er å finne pålitelige og effektive kompressorer som kan drives med
kjølemedium som har lavt GWP og null ODP. Denne oppgaven undersøker hvordan man
kan overkomme denne utfordringen. I den forbindelse har et literaturstudie på
kompressorer brukt i høytemperaturs varmepumper blitt utført, samtidig som
begrensingene til dagens kompressorer i forhold til trykk og temperatur har blitt undersøkt.
Hoveddelen av oppgaven var å lage en simuleringsmodel for en kompressors dynamikk.
En spesifikk kompressor utviklet i et forskningsprosjekt ved SJTU ble undersøkt.
Høytemperaturs varmepumpesystemet har fått internasjonal annerkjennelse og er et
veldig-høytemperaturs varmepumpesystem som bruker en vanninjeksjons
skruekompressor, og drives med vanndamp som kjølemedium. En av åraskene til at dette
systemet ble valgt er at vann og vanndamp er et naturlig, miljøvennlig kjølemedium som
kan drives trygt og pålitelig. Vanndamp har veldig kjente og utforskede termodynamiske
egenskaper.
Skurekompressoren med vanninjeksjon er en lovende teknologi, og en termodynamisk
model ble utviklet for å kunne optimalisere driften av kompressoren. Et studie for å finne
den optimale mengden vanninjeksjon, samt et studie for å finne fordelingen av
injeksjonstrømmen i tre injeksjonsdyser i kompressoren ble utført. Den termodynamiske
modellen ble laget i simuleringsprogrammet Modelica. Modellen er basert på en tidligere
utviklet ammonium-vannkompressor. Dette øker fleksibiliteten til modellen og kan åpne
for at modellen lett kan justeres til å passe andre kompressorer.
Modellen ble validert mot eksperimentelle data før optimaliseringstudiene av vanninjeksjon
ble utført. Injeksjonsstudien indikerer at dersom kompressoren er analysert som en
enkeltstående komponent vil høyere vanninjeksjon redusere kompressorarbeidet. Dersom
et helt varmepumpesystem er analysert kommer det fram at det er noen nedsier ved store
mengder vanninjeksjon som ikke kommer fram dersom man bare fokuserer på
kompressorarbeid fra simuleringen. Dersom man studerer de termodynamiske
betingelsene i fluidet som kommer ut av kompressoren kan man finne en optimaltilstand
og derfor en optimal mengde med vanninjeksjon. Studiet for å finne fordelingen av
vanninjeksjonstrømmer viser at dette er en faktor som er påvirker både
kompressorarbeidet og de termodynamiske betingelsene for fluidet som går ut av
kompressoren. Trenden viser at mer vann injesert tidlig i kompressoren fører til lavere
kompressorarbeid. | |
dc.description.abstract | High-temperature heat pumps (HTHPs) are predicted to be an integral part of a more
energy-efficient industry sector in the future (IEA, 2020). The main challenge in HTHP
research is to find reliable, efficient compressors that can operate with low-global warming
potential and zero ozone depletion potential refrigerants. This was investigated closely in
this thesis. Consequently, a literature review of compressors used in HTHPs and the
availability of compressors regarding temperature and pressure. The main task in the
thesis was to make a simulation program for the compressor dynamics. A specific
compressor from a research project at SJTU was investigated. The system has received
international attention and is a very high-temperature heat pump (VHTHP) system with a
water injected twin-screw compressor operated with water vapor as the refrigerant. One
of the reasons why this project was chosen is that water is a natural, environmentally
friendly refrigerant that is safe and reliable in operation due to its well known
thermodynamic properties.
The twin-screw compressor with water injection shows good promise, and a
thermodynamic model was developed to optimize the operation of the compressor. A study
on the optimum amount of liquid injected, along with the distribution of liquid injected on
three injection nozzles has been conducted. The thermodynamic model was developed in
the Modelica programming language. It was based on another model used for an ammonia-water compressor. This makes the model more adaptable and allows for further
modifications to fit other applications.
The model was validated against experimental data before the liquid-injection optimization
study was conducted. The results indicate that when the compressor is investigated as an
individual component, a higher amount of liquid injected leads to less compressor work.
However, the output named compressor work is not the only indicator of how well the
compressor is performing. The enthalpy of the discharged fluid is an important indicator of
the heat capacity of the heat pump system. The model is used to perform a thermodynamic
analysis to find the optimum amount of injection, which reduces compressor work without
compromising heat capacity. Furthermore, the study indicates that the compressor
performance differs depending on the distribution of the liquid injected. The general trend
shows that a larger amount of liquid injection early in the process is beneficial for the
performance of the compressor. | |
dc.language | | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | Thermodynamic modeling of a water injected twin screw compressor used in high temperature heat pump range | |
dc.type | Master thesis | |