在能源与环境问题的双重压力下,暖通空调行业越来作为建筑耗能领域的重点耗能部分,各种节能环保技术受到了高度重视。热泵技术因此得到了快速发展。目前对热泵系统的研究主要集中在新工质研发、压缩机性能提升以及重要部件性能提升三个方面。本文以热泵系统中的冷凝器为研究目标,对热泵工况下双级套管串联冷凝器性能进行了数值模拟,分析其流动传热特性,并在此基础上进行了热泵系统性能实验,分析不同进出水温度下系统性能参数变化规律。主要研究内容如下:(1)建立了单管式和三管式双级套管串联的换热器模型,并对不同结构的模型网格划分。同时在同一工况下,对单管式和三管式双级套管串联冷凝器的换热过程进行计算分析,结果表明,随着传热过程的不断进行,两种结构的换热系数均呈现为先减小后增大再减小的趋势。在一级套管中换热系数基本相同,但在中间管段和二级套管中,三管式结构的换热系数均高于单管式结构的换热系数。同时在二级套管进口处,三管式结构传热系数为6611.65W/(m~2·k),相较于单管式结构的传热系数增加了6.34%。(2)单管式结构和三管式结构的压降在一级套管中基本一致,但从中间管段处开始,单管式结构的压降要小于三管式结构。在出口处位置,三管式结构的压降为6898.23Pa,相较于单管式结构的压降上升了4.08%。虽然压降有一定的升高,但由于三管式结构较为紧凑,可以弥补套管换热器的不足。(3)同时搭建了双级套管串联热泵系统实验台,以纯工质R32为运行工质,分析研究不同工况下的系统循环运行特性。结果表明:当热汇进水温度为10℃、出水为40℃的情况时,热泵系统的制热循环性能系数COP分别为2.98。在同一热汇进水温度下,当热汇出水温度为45℃、50℃、55℃时的系统制热性能系数COP分别降低了1.89%、8.09%、17.79%。在同一热汇出水温度下,当热汇进水温度为15℃、20℃时的系统制热性能系数COP分别降低了3.36%、9.06%。(4)随着热汇出口温度的不断升高,三种不同进口温度下的热泵系统冷凝压力呈现不断增加的趋势。同时,当热汇出水温度相同时,在进水温度不断增加的情况下,冷凝压力呈现为不断增加的趋势。当出水温度为55℃时,进水温度为10℃、15℃较20℃时的冷凝压力下降8.72%和6.12%。当进水温度为20℃这一定值的情况下,出水温度分别为40℃、45℃、50℃时的冷凝压力降低10.28%,7.70%,5.55%。(5)随着热汇出口温度的不断升高,三种不同进口温度的热泵系统排气温度均呈现不断增加的趋势。同时,当热汇出水温度相同时,在进水温度不断增加的情况下,排气温度呈现为不断增加的趋势。当出水温度为55℃时,进水温度为10℃、15℃较20℃时的排气温度下降了10.31%和6.52%。当进水温度为20℃这一定值的情况下,出水温度分别为40℃、45℃、50℃时的热泵系统排气温度降低了8.89%,6.71%,2.31%。