水-水热泵由于具有较高的运行效率以及冷热源易于获取的优点，已经在一些地区得到了较多的应用和发展。由于热泵系统是一个多参数非线性强耦合的系统，系统中的制冷剂和水等介质之间的换热和流动是复杂的传热传质过程，采用传统的优化方法进行优化容易出现不收敛现象。
热泵系统的数学模型包括五个子模型，分别是压缩机模型、冷凝器（板式）模型、热力膨胀阀模型、蒸发器（板式）模型和水泵模型。
换热器模型为稳态模型，包括制冷剂侧、水侧和两侧热平衡三部分。假设制冷剂和水在各自流道中皆为均匀分布，且二者逆向流动，只考虑沿板壁径向传热，两侧外板壁面为绝热，不考虑冷凝器内压降等。
输入已知制冷剂入口压力、焓，水的温度和质量流速以及换热器的尺寸，假设出口焓（蒸发器模型还需假设出口压力），判断出口状态，从出口开始按不同相区进行计算，得到每一个相区的平均换热系数和压降，并计算传热系数，根据换热量和传热温差计算该区的换热面积，比较各相区换热面积之和与已知条件是否相同，如不同重新假设出口焓，重复上述计算，直至满足迭代条件。蒸发器还需比较计算的出口压力与假设值是否一致，若一致完成计算，否则重新假设出口压力，迭代计算直至满足压力迭代条件。
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