船用冷暖一体空调新型环保制冷剂的选择研究

随着环保法规的日益严苛，对船舶空调系统工质的使用也提出了相应的要求。本文对传统替代工质(R410A、R404A、R134a)、新型HFO类工质(R1234yf、R1234ze)及混合工质R513A和R450A应用于船舶冷暖一体空调系统的工作性能和环保性能进行对比研究。通过研究发现：混合工作R513A和R450A可作为长期替代工质应用于船舶冷暖一体空调。     

低温余热驱动的ORC-VCR系统性能分析

建立低温余热驱动的有机朗肯循环耦合蒸汽压缩制冷循环系统(ORC-VCR)模型,为获取最高总系统制冷系数,在固定冷凝器露点温度及发生器和蒸发器泡点温度的条件下,对6种纯工质(R245fa,R227ea,R600,R600a,R1234yf,R134a)及2种非共沸混合工质(R227ea/R600a,R245fa/R600)的热力循环特性进行分析;同时分析了发生温度、冷凝温度及蒸发温度对子系统工质质量流量比及总系统制冷系数的影响。结果表明:在相同操作条件下,非共沸混合工质的总系统制冷系数优于纯工质。非共沸混合工质在某一组成下,滑移温度和总系统制冷系数均达到最高。在其他温度条件不变时,纯工质及非共沸混合工质的子系统工质质量流量比及总系统制冷系数均会随着发生温度及蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小。     

R32/R134a在水平内螺纹管内流动沸腾强化特性的分析与研究

引　言节能与环保是当今国际社会研究的重要课题.各国关注的全球性环境问题之一就是大气臭氧层的破坏, 它与CFCs、HCFCs等制冷剂的生产和排放有关, 目前, 在全球范围内加紧淘汰消耗臭氧层物质已形成国际统一行动. 在制冷空调领域中曾广泛应用的 HCFC22 (R22) 因其 ODP (臭氧耗散潜能) 为 0 055, GWP (温室效应潜能) 为 0 36,被列入逐步禁用范围, 因此, 寻找 R22 的合适替代物具有非常重要的意义. 非共沸混合制冷剂R32/R134a [25% ( mass) /75% ( mass)] 被认为是R22的有效替代物之一, 其沸腾换热特性也得到了广泛的研究. …     

一种新型液体除湿空调系统的实验研究

提出了一种新型液体除湿与蒸汽压缩式空调系统相结合的液体除湿系统的设计方案,并基于此方案制作了一个除湿量最高可达6L/H的试验样机.此样机以LiCI为除湿溶液,R22为制冷工质,同时实现制冷与除湿.本文研究了空气进口参数对制冷性能与除湿性能的影响.     

一种非共沸循环工质与R22的性能对比实验

在制冷、热泵系统中广泛使用的循环工质R22由于具有较大的GWP值和ODP值,终将被淘汰.针对工质R22的替代研究,提出了一种非共沸混合工质R290/R600a/R123(50%/10%/40%,质量),并在热泵实验台上做了不同冷凝器或蒸发器进口水温和流量的多种工况实验及分析.通过将该工质在各工况下的实验结论与相应工况下R22的实验结论进行对比分析后,发现该物质是替代R22的优良的热泵工质.     

三元混合制冷工质变组成容量控制空调

通过对三元混合工质制冷剂R407C分馏特性的分析,提出了一种采用组成调节装置的容量控制空调系统,并对其变组成容量控制的制冷循环特性进行了理论分析,预测了各种变组成情况下空调系统的调节性能和节能潜力.利用建立的变组成容量控制型单元式空调系统,测试了不同组成下的三元混合制冷剂的空调系统性能.根据实验测试结果,验证了在相同流量工况下,通过改变循环工质的组成来改变空调系统的制冷量的技术可行性,通过增减容量过程中能效比基本保持不变的性质揭示了该技术的节能特性.     

2011年起车用空调禁用R134a HFCs面临转折

最近几年,暖通空调和制冷业的很多厂商采用HFCs制冷剂（R134a／R410A／R407C等）。很多空调采用R410A,冷却器采用R134a,制冷设备采用R404A,这似乎已成定局。但是,这些制冷剂的潜在温室效应很高,尽管HFCs并不是消耗臭氧层的物质（ODS）。相应地,天然工质（如CO2、NH2和HCs）的研究和商业化的试验正在进行。对家用空调来说,烃类R600a已经商业化了。     

喷射器几何结构对压缩/喷射制冷循环性能的影响研究

以R134a为工质,采用包含混合室内摩擦损失的等面积混合模型,研究了两相喷射器几何结构和工况参数对压缩/喷射制冷循环性能系数(COP)、单位容积制冷量(qv)、压缩比和排气温度的影响,并与传统压缩制冷循环的性能进行对比。结果表明:喷射器存在一个最优面积比使压缩/喷射制冷循环COP和单位容积制冷量qv最大,且最优面积比值随工质的不同和工况参数的变化而变化;在相同工况参数下,以R134a为工质的喷射器最优面积比大于以R1234yf为工质的喷射器最优面积比;在相同工质和工况参数下,等面积混合模型计算的最优面积比小于等压混合模型的计算值,即在相同工质和工况参数下,按照等面积混合模型设计的喷射器外型尺寸较小;给出的以R134a和R1234yf为工质的喷射器最优面积比与冷凝温度、蒸发温度、过冷度和过热度之间的关联式,可供工程设计参考;在所进行的研究工况范围内,压缩/喷射制冷循环较传统压缩制冷循环COP最大可提高20%,单位容积制冷量qv最大可提高28%,此时冷凝温度为55℃,蒸发温度为-10℃,过冷度和过热度都为0℃,对应的喷射器最优面积比为4.5。     

制冷剂HFCs面临转折

最近几年，暖通空调和制冷业的很多厂商采用HFCs制冷剂（R134a／R410A／R407C等）。很多空调采用R410A，冷却器采用R134a，制冷设备采用R404A，这似乎已成定局。但是，这些制冷剂的潜在温室效应很高，尽管HFCs并不是消耗臭氧层的物质（ODS）。相应地，天然工质（如CO2、NH2和HCs）的研究和商业化的试验正在进行。对家用空调来说，烃类R600a已经商业化了。     

工质循环性能实验评价的客观性探讨

以制冷空调热泵系统中CFCs、HCFCs工质替代研究为背景,对客观比较不同工质循环性能的实验评价方法进行了探讨.提出了两种引入附加温差(Δt_plus)和循环热力学完善度(ε)的改进型实验评价方式;给出了Δt_plus的概念、量化关系式和ε的计算方法.改进型的实验评价方式不仅在测量的公平性、评价的全面性上较原方式明显改进,还具有较好的可操作性.     

微翅管内R410A的流动沸腾传热特性

进行了单管实验,对影响R410A 在水平微翅管内传热系数的因素进行分析,获得了传热系数随质量流量、热通量及干度的变化关系,并对各种工况下的换热机理进行了分析和讨论。对不同几何参数的微翅管进行了实验比较,分析了微翅管几何结构参数对换热性能的影响。通过实验得到R410A在微翅管内流动沸腾传热系数,可为制冷换热器的设计提供可靠的依据。     

R290在小管径水平微肋管内沸腾传热的实验研究

实验研究小管径水平微肋管内R290的两相流沸腾传热特性,分别在内径为4、6 mm,有效长度为900 mm的紫铜管内,得到R290在质量流量密度100～250 kg·m^-2·s^-1、饱和温度7～11℃、热通量13～24 kW·m^-2以及干度0.1～0.9范围内的沸腾传热系数;分析了质量流量密度、饱和温度、热通量、管型以及干度对R290沸腾传热系数及临界干度的影响。结果发现：沸腾传热系数随质量流量密度、饱和温度的增大而增加;随着热通量的增大,传热系数出现先增后减的现象;热通量越高,临界干度越小;微肋管相比于光滑管临界干度更大;且随着R290的沸腾汽化,干度逐渐增大并出现干涸现象,导致沸腾传热系数先增至一极值后降低。分别采用6种常用的沸腾传热关联式预测R290的沸腾传热系数,对比实验结果得出Fang等和Choi等的预测精度比较高。     

水平微肋管内流动蒸发换热特性的实验研究

为了研究微肋管结构尺寸及工况等对管内流动蒸发性能的影响,对4种微肋管和1根9.52 mm光管进行了实验,4根微肋管中管外径为9.52 mm和7 mm的各2根,所用工质为R22.实验中质量流速变化范围为90～400kg•m^-2•s^-1,所选工况为：蒸发温度7℃,入口干度15%～20%,出口过热度5～6℃.获得了蒸发换热性能随质量流速的变化,讨论了微肋结构尺寸和管径等对蒸发换热性能的影响.两根9.52mm微肋管的传热系数比光管分别分别提高了130%和180%,而其内表面积只比光管分别增加了40%和70%.     

混合工质R447A在水平管内的流动沸腾换热特性

R447A是一种三元非共沸混合工质,已成为高温室效应工质R410A潜在的替代品之一。本文通过研究R447A在内径为10.6mm的水平光滑管内的流动沸腾传热特性,获得了R447A在水平光滑管内的流动沸腾传热数据以及传热现象,并分析了不同因素对R447A传热效果的影响。实验条件为：热流密度5~20kW/m²,质量流速100~300kg/(m²·s),蒸发温度5~25℃。实验结果表明：R447A的传热系数在0.8~4kW/(m²·K)之间。同时对R410A进行了相同工况下传热系数测试,发现热流密度对R410A传热系数的影响要大于对R447A的影响,而干度和质量流速则对R447A的传热影响更为显著。本文基于实验数据及实验现象发展了一种分干度区预测传热系数的新模型,新模型对R447A换热系数预测的平均偏差为+6.21%,绝对偏差为+12.96%。此研究结果可为这种工质的换热器设计提供帮助。     

制冷系统用新型水平管降膜蒸发

以R134a制冷循环为基础,将水平管降膜蒸发应用于蒸发器中,通过调节不同工况来研究其换热特性。其中热通量8～40 kW·m^-2,工质的喷淋量0.005～0.04 kg·m^-1·s^-1,以光滑管为基础,对针对降膜蒸发而设计的TJX、EX两种强化管进行了实验研究,并利用修正威尔逊法进行数据处理。分析表明,降膜蒸发换热特性主要与热通量和喷淋量有关,而随着热通量的增加,每根管型传热系数在遇到临界热通量点后呈现下降趋势。此外强化表面的传热系数要明显优于光滑管,特别是具有网格槽道设计的EX管。由于实验系统是一个制冷系统,含有润滑油,发现润滑油的存在明显降低了传热系数。最后在实验基础上对光滑管换热特性进行预测,并在此基础上提出强化管的修正系数。     

插入圆柱状丝网管对单相对流传热的强化

提出在传热管内插入圆柱状丝网管调控流场进而强化传热的方法。通过在管内同心插入圆柱状丝网管,将流通截面分成中心区和环隙区,流体流经丝网入口处时受到阻力较大,大部分流体流向环隙区,使得速度场受到调控。环隙区与中心区内冷热流体掺混,强化传热。为验证这一思想搭建强制对流换热实验台,以去离子水为工质,Reynolds数为2392～20175,热通量为50.18～282.88 kW·m^-2。通过对局部、平均Nusselt数及摩擦压降数据的研究,结果表明：同光管传热相比,插入丝网管后平均Nusselt数提高,传热强化系数为1.21～1.84,且最大强化系数发生在过渡流内。入口段强化效果明显,局部传热强化系数最高可达到2.64。而强化传热的同时摩擦压降增大6.1～10.6倍。同时对该结构的传热强化机理进行分析：流场受到丝网管的调控作用,进而强化传热。     

含油R32管内流动沸腾换热特性测试及关联式开发

R32作为低温室效应制冷剂得到广泛应用,空调器中循环的介质是制冷剂与润滑油的混合物,掌握R32-润滑油混合物的流动沸腾特性是R32空调器优化设计的关键。本文的目的是参照空调器实际运行工况,测试R32-润滑油混合物的管内流动沸腾换热特性,开发传热系数关联式。新搭建了具有防爆功能的R32-润滑油混合物管内换热性能测试台,采用换热管为7 mm铜管,测试的质流密度200~400 kg/(m²·s)、干度0.2~0.7、油浓度0~5%。实验结果表明,R32-润滑油混合物管内流动沸腾传热系数随质流密度的增大而增大;在中低干度下传热系数随油浓度的增大而增大,在高干度下随油浓度增大先增大后减小并于3%油浓度处取得最大值。基于混合物物性与流型开发了传热系数关联式,预测值与85%的实验数据的误差在±20%内。     

R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热特性

实验研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在强化管内的流动沸腾换热特性,探索了质流密度、干度和平均油浓度对换热特性的影响。实验测试管为内螺纹强化管,长度为2000 mm、外径为7.0 mm。实验结果表明,纯制冷剂R410A的传热系数随干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7～0.8左右;对于R410A-油混合物,在干度小于0.5的工况下,油的存在增强换热,在干度大于0.6的高干度情况下,传热系数随平均油浓度和干度的增大迅速降低。基于混合物性开发了R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热关联式,新的关联式预测值与89%的实验数据的误差在±30%以内,平均误差为17.3%。     

水平细圆管内非共沸混合工质的流动沸腾

以非共沸混合工质R32/R134a为实验工质,进行了水平细圆管内流动沸腾换热实验.在获取大量实验数据的基础上,分析了质量干度、热通量和质量通量密度对沸腾换热的影响,讨论了各种工况下的换热机理,比较分析了细圆管和常规管道内流动沸腾换热性能.实验结果表明：在本实验范围内,水平细圆管内流动沸腾换热主要受热通量的影响,绝大部分实验工况下核态沸腾占主导地位.尺度效应是引起微细通道内流动沸腾换热特性不同于常规管道的主要原因.     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。