空气源热泵热水器因其节能环保、稳定高效的特点在国内热水器市场中占据着重要份额,如何持续输出高品质热水和提升系统性能成为亟待解决的问题。为提高产品性能和系统可靠性,热泵热水器采用外绕微通道盘管水箱,由于在释能过程中水箱仍处于被加热状态,热源转移至水箱外壁面对进口结构优化提出了新的要求。针对外绕微通道盘管热泵热水器,本文提出了一种弧形挡板型进口结构,通过模拟和实验研究的方法与传统直接型和侧进型进口结构进行对比,为进口结构优化提供理论依据和研究方法。首先,本文建立了包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器在内的热泵系统数学模型;同时,建立了水箱三维流动与传热仿真模型,将边界条件设置成比例随时间变化的过热区、两相区和过冷区多热流密度边界条件;通过冷凝盘管与水箱外壁面的热流密度将热泵系统数学模型和水箱仿真模型联立耦合,形成耦合模型。其次,设计并制作了弧形挡板型进口结构,对某品牌空气源热泵热水器整机进行改造,搭建了空气源热泵热水器实验系统,可以制取并使用200 L/55℃的生活热水。通过仪器测量并采集释能过程水箱内温度分布和机组耗电量,计算热水输出率和系统COP,通过对比实验值和模拟值,发现水箱出口水温、热水输出率和系统COP的相对误差分别在2.5%、1.9%和4.8%以内,吻合较好,验证了耦合模型的准确性。然后,模拟研究了采用直接型、侧进型和弧形挡板型进口的热泵热水器在名义工况下释能过程运行性能。以热水输出率和系统COP为评价指标,对热泵热水器在名义工况下释能过程运行性能对比分析。结果表明:采用弧形挡板型进口的热泵热水器热分层最好,较采用直接型和侧进型的热泵热水器热水输出率分别提升47.6%和14.8%,系统COP分别提升18.6%和6.03%,弧形挡板型进口能将冷热水掺混控制在挡板下部,在挡板上部形成稳定活塞流,极大改善水箱内热分层,延缓出口水温下降的同时降低了冷凝温度,实现了热水输出率和系统COP双高效的运行效果。最后,模拟研究了热泵热水器释能过程变工况运行效果,并实验测试了热泵热水器在实际工况下释能过程运行性能。结果显示:进口流量对水箱内热分层影响较大,流量越大水箱内热分层越差;进口水温对热泵系统COP影响显著,进口水温越低热泵系统COP越高。采用弧形挡板型进口的热泵热水器在各种工况下均保持稳定高效的运行性能,较采用侧进型进口的热泵热水器热水输出率和系统COP最大提升可达18.5%和6.6%。另外,实际工况下水箱进口水温和环境温度随季节改变同时上升或下降,空气源热泵热水器可在南京地区全年工况下正常运行,除少数恶劣天气外,均可保持良好的运行性能。