耦合式储液气液分离器结构优化提升空气源热泵制热性能的机理研究

本文创新性地提出一种耦合储液室与气液分离室(LSGLS)的集成结构，通过遗传算法(GA)优化几何参数，实现空气源热泵(ASHP)系统COP提升14.2%（2.95→3.37）。研究揭示双腔室非平衡热交换机制，制热能力提升11.3%（41.5→46.2 kW），为寒冷气候下高效清洁供暖提供新范式。

　　

Highlight

本研究突破传统单组件优化局限，首次建立耦合储液气液分离器(LSGLS)的协同热力学模型，通过遗传算法(Genetic Algorithm, GA)驱动双腔室结构重构：储液室(LSC)直径增大12.5%以增强热缓冲能力，气液分离室(GLSC)高度增加23.1%以强化湍流相分离。实验验证模型显示，优化后系统制热系数(COP)跃升14.2%，相当于每平方米换热面积提升3.0 W/(m²·°C)的传热效能。

Structural dimensions of the LSGLS before and after optimization

几何优化后的LSGLS展现出颠覆性结构重组（图7）：

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  储液室(LSC)：直径从273毫米扩容至307毫米，通过扩大截面积提升液相滞留能力；高度从490毫米压缩至387毫米，降低热损失路径。

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  分离室(GLSC)：直径缩减9.1%至215毫米以加速离心分离，高度增加23.1%至520毫米延长两相流停留时间。

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  U型管：曲率半径优化21%实现压降与换热面积的黄金平衡。

Conclusions

本研究为寒冷气候下空气源热泵(ASHP)性能提升开辟新路径：

??? LSC改造：直径12.5%的增幅结合高度21%的缩减，形成"扁平化"热库，换热系数提升8.39%；

??? GLSC重构：直径-高度比的逆向调节产生"龙卷风效应"，液相携带率降低37%；

??? 系统增益：-15°C工况下仍保持3.37的COP，较传统设计提升1.2个能效等级。

（注：翻译严格保留原文技术细节，如W/(m²·°C)单位格式，并采用"热库""龙卷风效应"等拟人化表述增强可读性）