重力供液蒸发器的实验研究

采用R404A作为制冷剂对重力供液蒸发器在低温工况下的特性进行实验研究,建立重力供液蒸发器的传热模型,搭建重力供液蒸发器的实验装置,用热平衡法测试重力供液蒸发器在不同蒸发器供液高度下的运行特性.研究表明:供液压头在h1=1200mm时比供液压头在h1=800mm、h1=1000mm时的传热温差明显下降,且随着室内温度的下降,传热温差随之变小;在同一供液高度下,重力供液蒸发器的循环倍率n随蒸发温度的降低而增大,而在不同供液高度下,循环倍率n随供液高度的升高而增大;重力供液蒸发器在供液高度h_1=1000mm时的制冷量明显高于h_1=800mm时的制冷量,其最大增幅为16.9%;而h_1=1200mm时其制冷量与h_1=1000mm很接近,甚至会有所下降;与h1=800mm相比,h_1=1000mm时重力供液制冷系统COP大幅度增加,最大增幅为17%,h_1=1200mm时系统COP介于前两者之间,重力供液制冷系统存在最佳的蒸发器供液高度.     

再循环重力供液制冷系统实验

对重力供液制冷系统形成再循环的条件和再循环时蒸发器的传热性能进行理论分析,建立相应的数学模型。将重力供液制冷系统与直接膨胀供液制冷系统进行比较,得到两种不同制冷系统工作特性上的差异。通过在焓差实验室中测定制冷系统在不同工况下的压力、风量、制冷量以及耗功等技术参数,得到重力供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统在室外干球温度一定的情况下传热系数、制冷量以及系统COP的变化规律。实验表明:再循环的形成可以增大制冷剂流速同时充分润湿传热表面,强化换热效果显著,在测试的工况下蒸发器的传热系数可增大近40%,COP最大提高7.6%,低温工况的增幅更大。     

重力再循环蒸发器流路优化与性能研究

重力供液再循环蒸发器受到工作原理的限制,其流路结构不能借鉴直接膨胀供液系统蒸发器的流路结构。本文首先阐明了重力再循环制冷系统蒸发器流路的优化原则,设计了两种蒸发器流路结构,其中第一种为重力供液系统常用的流路结构,第二种为经过优化的流路结构,在此基础上搭建了重力再循环蒸发器实验台,通过实验对优化前后的蒸发器进行性能对比与分析。研究表明,在保温体温度一定的情况下,经过优化的蒸发器因其每个支路接触空气的平均温度相同,从而能保证并联四个支路制冷剂侧有相同的循环倍率和相同的平均传热温差,经过优化的蒸发器具有更好的性质,尤其在-25℃和-20℃工况下,第二种(改进型)蒸发器比第一种(传统型)蒸发器有更高的单位面积传热量,制冷量分别增大60.3%和44.1%,性能系数分别提高16%和13.8%。     

供液压头和蒸发温度对再循环蒸发器循环倍率的影响

在重力供液系统中,供液压头大于蒸发器对冷媒的阻力,液体冷媒就可以在蒸发器与汽液分离器的回路中再循环,再循环作用的强弱用循环倍率表示。循环倍率与供液压头和蒸发温度有关。这里推导了运用均相流模型计算蒸发回路各种阻力的计算公式,针对一小型制冷系统和专门设计的再循环蒸发器,进行阻力平衡计算。在此基础上,用空气侧热平衡法对该制冷系统进行了供液压头与蒸发温度和循环倍率的相互影响实验。结果表明:所推导的阻力计算式具有工程应用精度;蒸发温度升高循环倍率减小,且蒸发温度较低时循环倍率的变化率较小,反之亦然;供液压头增大循环倍率增大,而单位供液压头引起的循环倍率变化却随压头的增大而减小,该变化率还随蒸发温度的升高不断缩小;循环倍率有最优值,推荐的循环倍率应在4~5之间。     

小型制冷系统气泵供液方式设计及应用研究

本文主要介绍气泵供液的理论计算和结构设计,以及在小型制冷系统中为蒸发器提供超倍的供液量,并阐述其进展、与其他供液方式的比较。在合理循环倍率的前提下,减少多余的能源消耗,提高小型制冷系统的制冷系数和稳定性,并提出一些改进方法和不同条件下的适用性。     

液体再循环制冷系统的离心泵

相对于直接膨胀系统,液体再循环制冷系统具有较高的效率和操作灵活性,这两个优势补偿了其系统复杂性增加的缺点。液体再循环制冷系统有时称作超量供液系统,或者泵循环制冷系统,其基本设备如图1所示。正如术语“超量供液”所表示的那样,供给蒸发器的液体比实际蒸发的液体多得多。通过提供过量的液体到蒸发器,蒸发器盘管内表面保持完全湿润且最适于传热。     

重力再循环制冷系统理论分析与实验研究

重力再循环制冷系统相比于普通直接膨胀制冷系统具有蒸发温度越低,效率优势越显著,以及可获取更低库内温度。本文结合重力再循环系统工作原理重新绘制了匹配的压焓图,将重力再循环系统的热力循环过程在压焓图上分两个循环进行分析,通过分析制冷剂流动过程中的流动阻力,得到系统中各部分压力变化趋势,并通过搭建重力再循环制冷系统进行实验研究,结果表明,获得的各状态点的压力与理论分析结果较为吻合。最后与直接膨胀供液制冷系统的运行结果对比,在不同蒸发温度下重力再循环制冷系统的COP最多可提升19%,且在-30℃温度条件下,COP达到1.07。     

气泵供液桶罐组合装置设计的一些考虑

制冷系统多倍强制供液，一般采用机械泵和气泵两种方法实现。国内机械泵供液系统应用比较普遍，也比较成熟；气泵供液系统用得很少，相比之下对气泵供液系统有进一步研讨的必要。     

重力供液系统中过热度对传热面积影响的研究

本文主要对重力供液系统中蒸发器出口制冷剂的过热度进行分析,通过visual basic软件仿真计算出全部用气化潜热制冷需要的蒸发器面积A1,和有过热度后多出来的面积A2。将A1＋A2与蒸发器现有面积进行对比,发现A1＋A2比蒸发器现有面积小,说明现有蒸发器的面积比实际需要的面积要大,因此我们可以减小蒸发器的面积来达到优化蒸发器的目的。     

再循环冷风机的原理和传热性能分析

蒸发器超倍供液系统的制冷剂有较大流速，增加了液体制冷剂和蒸发管内表面的接触，从而改善换热．增大传热系数，提高蒸发器的效率。本文介绍了基于热虹吸原理的重力溢流式再循环冷风机产生超倍供液、形成再循环的原理及工作过程，利用阻力平衡关系对再循环系统进行了两相流动分析，为合理设计再循环冷风机提供了理论依据。并计算出一定工况下，再循环冷风机的传热系数与循环倍率及蒸发温度的依变关系。     

Measurement of spray boiling refrigerant coefficients in an integral-fin tube bundle segment simulating a full bundle

Outside (refrigerant) boiling coefficients for a combination of spray and drip boiling for a low pressure refrigerant have been obtained from overall heat transfer coefficients in a 1024 fins per meter tube bundle segment. The tubes were heated by water on the inside; liquid refrigerant was sprayed and/or dripped on the outside. Also, refrigerant vapor was supplied at the bottom of the bundle segment. This configuration simulates an actual flooded evaporator under spray boiling conditions. The dripping corresponds to liquid film falling from upper rows while the inlet vapor is equivalent to the vaporized refrigerant rising from lower tubes; the refrigerant vapor can influence heat transfer performance by the combined effects of gas convection and liquid shear on the tubes. For a nominal heat flux of 23,975 W/m², a bundle average outside heat transfer coefficient of 8522 W/m² °C, based on nominal tube outer diameter, was found at an average bundle vapor mass flux equal to 12.4 kg/s m². The distributor plate below the bundle enhanced the heat transfer, especially at lower vapor mass fluxes, by providing a level of liquid hold-up just below the bottom tube row.     

Heat transfer and pressure drop in a plate-type evaporator

A plate-type evaporator, working with natural refrigerant circulation, has been investigated both experimentally and theoretically. Motivated by the phase-out of ozone-depleting substances, HCFC22 was compared to HFC134a and two zeotropic refrigerant mixtures. The effect of different separator liquid levels, i.e. refrigerant flows, and its influence on heat transfer was also studied. The investigated plate-type evaporator consists of thirteen vertical flow channels and its size is 3.0 m × 0.5 m. The heat source for the evaporator is a falling water film on the outside of the plate. Experimental studies have been carried out using a test facility that enabled detailed measurements of heat transfer and pressure drop. Experiments were compared to results from a calculation method that simultaneously calculates heat transfer and pressure drop in a variable number of steps along the evaporator. The calculation method is based on a pressure drop correlation proposed by the VDI-Wärmeatlas and a heat transfer correlation for vertical tubes proposed by Steiner and Taborek. For different evaporator duties, heat transfer was over predicted by 12% for pure fluids by 15% for mixtures. Calculated pressure drops were well within ±5% of the measured values. Changes in heat transfer due to different flows were closely predicted by the proposed calculation method.     

风速对不同流程数CO2蒸发器性能的影响

为研究迎面风速对不同流路数CO₂翅片管蒸发器性能的影响,本文建立分布参数模型对蒸发温度为-25℃,风速为0.5～4 m/s条件下5种流路数CO₂翅片管蒸发器的制冷剂压降、换热量、温度分布及传热系数的变化进行分析,并通过实验验证了蒸发器模型的可靠性。蒸发器模型的换热量、制冷剂压降和风侧压降等参数模拟值与相同工况下实验值的误差均在±4%以内。结果表明:同一流路数蒸发器的换热量、制冷剂压降及传热系数均随风速的增大而增大,而其涨幅随风速增大而减小,综合考虑换热效果和能耗可得最佳风速范围为2.5～3.5 m/s;在一定风速条件下,蒸发器设计时在合理范围内选择较多流路数可有效提升蒸发器换热性能并增强换热均匀性,本次实验中24流路蒸发器为最佳设计方案。     

不同空气侧风速下微通道蒸发器换热特性实验研究

搭建微通道蒸发器性能实验台,采用控制变量法研究不同空气侧风速下微通道蒸发器表面温度分布、制冷剂进出口压力的变化规律,计算换热量和换热系数,从而分析空气侧风速对微通道蒸发器的流量分配特性和换热效果的影响。结果表明,随着风速增大,微通道蒸发器制冷剂流量分配不均匀性增大,进出口压力波动振幅和周期增加,压降增大,风速2 m/s时微通道蒸发器换热效果最佳。     

部分负荷下板式蒸发器换热性能的实验研究

针对目前制冷系统大部分时间都在部分负荷状态下工作和板式蒸发器换热性能研究较少的这些情况,本文对部分负荷下板式蒸发器的换热系数进行了研究。通过实验和计算,得出了低流速下板式蒸发器换热系数、制冷剂侧换热系数随水流速的变化关系,为板式蒸发器的设计和选型提供了参考。     

气体导流装置对微通道蒸发器性能的影响

针对微通道蒸发器制冷剂流量分配不均匀造成的换热性能恶化和干蒸现象,本文搭建了双流程微通道蒸发器性能测试实验台,研究导气装置对蒸发器换热性能及扁管中制冷剂分配均匀性的影响,并与常规的双流程微通道蒸发器进行对比。结果表明：由于入口制冷剂流量不变,液相制冷剂蒸发为气体的最大相变潜热不变,导致二者换热量和传热系数差值较小,最大值仅相差0.5%和6.9%。但加导气装置后流动阻力降低,两相段长度较常规结构增幅为87.3%,过热度显著降低,风速为3 m/s时两种结构的过热度降幅为44.4%。各扁管间制冷剂分布趋于一致,均匀性得到提升,干蒸现象得到缓解。     

负压下水在水平铜管表面沸腾换热的实验研究

以天然制冷剂水(R718)为工质的蒸气压缩式制冷及热泵系统,工作压力通常低于常压。为研究负压条件下水的沸腾换热特性,搭建了水在水平铜管表面换热的实验装置,在1.8~3.3 k Pa的压力范围内对水在水平铜管表面的沸腾换热进行实验研究。结果表明,换热系数随压力的升高和热流密度的增加而增大。将实验数据与相同条件下Cooper公式的计算结果进行对比,并利用最小二乘法回归出适用于本实验条件的换热系数的经验公式,以方便工程实际应用。本实验对水蒸气压缩式制冷及热泵系统中蒸发器的换热及强化研究具有一定的指导作用。     

The heat transfer performance of horizontal tube bundles in large falling film evaporators

The performance of the horizontal heat transfer tube bundles in falling film evaporators in large compression refrigeration systems was investigated with numerical simulation in this paper. Four types of tubes, including plain tubes, and enhanced surface tubes of Turbo-B, Turbo-BII and Turbo-EHP, were employed in the simulation. Some factors, such as tube kind, tube pass arrangement, dry patch area on tube surface, liquid refrigerant flow rate, and number of flooded tubes, were analyzed based on simulated results. In the study, the maldistribution of liquid refrigerant flow caused by the distributor apparatus was discussed, which severely affects the performance of falling film evaporators according to the simulation. Some calculated results were verified by the experiment. These discussions and results can be used to guide the design of falling film evaporators under realistic flow conditions.