-60℃温区精馏型自复叠制冷系统R41替代R23的理论与实验

选取R1234ze(E)作为高沸点组分,对R41在-60℃温区二元精馏型自复叠制冷循环中替代R23进行循环性能对比分析。设计并搭建采用精馏型自复叠制冷循环的实验装置,对R23/R1234ze(E)和R41/R1234ze(E)混合制冷剂在系统中的循环性能进行实验对比。理论分析和实验结果均表明:以R1234ze(E)作为高沸点组分时,用R41替代R23后系统COP略有下降,单位体积压缩功减小1/3~1/2,单位容积制冷量稍有降低,但系统单位质量制冷量明显提高,可以大大减小充注量。更重要的是R41的GWP的显著减少能起到很明显的环境保护作用。     

R32+R1234yf+R1234ze（E）混合制冷剂气液相平衡实验研究

基于液相循环法搭建的气液相平衡实验装置,在263.15~323.15 K温度范围内,实验测量了R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）二元混合物以及R32+R1234yf+R1234ze（E）三元混合物的气液相平衡数据,利用PRSV状态方程结合WS混合法则和NRTL活度系数模型进行关联拟合,获得二元混合工质的交互参数,并在其基础上预测了三元混合工质气液相平衡性质。计算结果与实验数据对比表明,二元体系R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差分别为0.71%和0.20%,气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.0016,三元体系R32+R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差为0.82%,系统组分R32和R1234yf的气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.007。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

R1234yf+CO2和R1234ze (E)+CO2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong（VTSRK）方程计算新工质R1234yf和R1234ze（E）的热力学性质以及两种物质与CO₂的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO₂二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze（E）+CO₂二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze（E）纯流体以及R1234yf+CO₂和R1234ze（E）+CO₂密度性质计算,可获得较高精度。     

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类（HFOs）物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明：与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。     

R450A制冷剂列入美国SNAP计划

美国环境署（EPA）将R134a的替代品——R450A制冷剂列入了美国新制冷剂替代计划（SNAP）。同时,列表中还将CO2作为冷藏/冷冻运输用制冷剂。R450A是由霍尼韦尔公司开发的,已经应用于大量的制冷和空调设备中,该制冷剂是一种混合物,组分配比是42％的R134a和58％的HFO-1234ze,不可燃,ODP值为零,GWP值大约为601。     

R23/R134a一级分凝和二级分凝自复叠喷射制冷循环性能理论分析

基于非共沸混合工质自复叠原理应用于喷射制冷循环的研究,对一级分凝和二级分凝自复叠喷射循环进行了理论分析,研究了使用R134a/R23非共沸混合工质时制冷剂的配比、冷凝温度和蒸发温度对两种循环性能的影响,结果表明：随着低沸点组分R23质量分数由0.10增至0.20,一级分凝循环喷射器压比在3.4附近变化,而二级分凝循环喷射器压比在1.8附近变化,两种循环COP均增大;随着冷凝温度由18℃升至23℃,一级分凝循环喷射器压比由3.242增至3.792,而二级分凝循环喷射器压比由1.860升至1.867,两种循环COP均降低;随着蒸发温度由-10℃降至-15℃,一级分凝循环喷射器压比由3.454降至2.832,而二级分凝循环喷射器压比由1.870降至1.840,两种循环COP均升高,并且在相同工况下,二级分凝循环COP远高于一级分凝循环;二级分凝循环在喷射器压比为1.8时,可获得-15℃温区的制冷温度。     

R1234yf/R134a混合物在汽车空调中替代R134a的实验研究

在使用微通道换热器的汽车空调系统中,实验研究了新型混合制冷剂R1234yf/R134a（质量比为89∶11）替代R134a的可行性。实验结果表明,R1234yf/R134a和R134a的制冷量相似,R1234yf/R134a的COP比R134a低4%～9%,R1234yf/R134a的平均压缩机排气温度比R134a低10℃。通过添加质量分数11%的R134a,可以使R1234yf/R134a不可燃。此外,R1234yf/R134a没有臭氧消耗潜力,全球变暖潜能值小于150,符合欧洲汽车空调标准的要求。在几乎不改变原汽车空调系统的情况下,R1234yf/R134a可用作R134a的环保替代品。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8 mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10 k W·m-2,质流密度范围为300~500 kg·m~(-2)·s~(-1)。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300 kg·m~(-2)·s~(-1)工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500 kg·m~(-2)·s~(-1),其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

混合工质配比对自复叠制冷循环影响的理论模拟和实验研究

随着制冷行业的快速发展,结构简单、运行可靠、系统效率较高的自复叠制冷系统引起人们的广泛关注。由于自复叠制冷系统性能受混合制冷剂配比影响等问题不利于其在大中型系统中的应用,在理论分析单级自复叠系统性能与工质配比间关系的基础上,对传统的单级自复叠系统进行改造,分别在高低温循环过程安装电子膨胀阀和储液罐、精馏器等部件以更好地调节混合工质的质量流量。采用Matlab软件编程,调用制冷工质物性分析软件NIST Refprop 9.0进行模拟计算,并把三种压比下的模拟计算与实验结果相对照。结果表明：在R23浓度（质量分数）为0.32~0.40时,改进的自复叠系统具有较高的COP,且实验与模拟结果相吻合。实验结果表明系统（火用）效率几乎不受R23浓度变化的影响。进一步表明了自复叠系统性能不受工质配比影响,具有可行性,为自复叠系统在大中型制冷系统中的推广提供了依据。     

R1234ze(Z)蒸气压方程

为了对第4代新型制冷剂R1234ze(Z)的热物性有更多认识,文中在公开发表的文献中,搜集了关于R1234ze(Z)的饱和蒸气压实验数据。对每组数据精度进行分析后,筛选得到140组实验数据。经过非线性拟合,获得了R1234ze(Z)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为283—413 K,压力区间为12—2 950 kPa。将拟合数据与该方程进行对比,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±1%范围,平均绝对偏差为0.193%。对比文献数据与该方程,其压力相对偏差范围为-1%—2%,最大相对偏差为1.827%,平均绝对偏差为0.282%。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度。根据此方程,计算得到R1234ze(Z)的标准沸点为284.751 K,偏心因子为0.325,可供物理性质的计算和工程实践的应用。     

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

R1234yf+CO_2和R1234ze (E)+CO_2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong(VTSRK)方程计算新工质R1234yf和R1234ze(E)的热力学性质以及两种物质与CO_2的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO_2二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze(E)+CO_2二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze(E)纯流体以及R1234yf+CO_2和R1234ze(E)+CO_2密度性质计算,可获得较高精度。     

环保制冷剂R1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识第四代新型制冷剂R1234ze(E)的热物理性质,并将其应用于工程实践,文中对相关文献中的有关R1234ze(E)的饱和蒸气压实验数据进行了定量分析。通过定量分析每组数据的精度,筛选得到192组数据点组成的综合数据,经过非线性拟合,获得了R1234ze(E)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为223—380 K。对比拟合数据与该方程,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±0.3%,平均绝对偏差为0.041%。将文献数据与该方程进行对比,其压力相对偏差大部分分布在-2.5%—0.5%,绝对偏差范围为-2.5—2 kPa。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度,可供热物理性质的计算及工程实践应用,具有良好的工程实际应用价值。     

混合工质配比对自复叠制冷循环影响的理论模拟和实验研究

随着制冷行业的快速发展,结构简单、运行可靠、系统效率较高的自复叠制冷系统引起人们的广泛关注。由于自复叠制冷系统性能受混合制冷剂配比影响等问题不利于其在大中型系统中的应用,在理论分析单级自复叠系统性能与工质配比间关系的基础上,对传统的单级自复叠系统进行改造,分别在高低温循环过程安装电子膨胀阀和储液罐、精馏器等部件以更好地调节混合工质的质量流量。采用Matlab软件编程,调用制冷工质物性分析软件NIST Refprop 9.0进行模拟计算,并把三种压比下的模拟计算与实验结果相对照。结果表明:在R23浓度(质量分数)为0.32~0.40时,改进的自复叠系统具有较高的COP,且实验与模拟结果相吻合。实验结果表明系统?效率几乎不受R23浓度变化的影响。进一步表明了自复叠系统性能不受工质配比影响,具有可行性,为自复叠系统在大中型制冷系统中的推广提供了依据。     

R23/R134a一级分凝和二级分凝自复叠喷射制冷循环性能理论分析

基于非共沸混合工质自复叠原理应用于喷射制冷循环的研究,对一级分凝和二级分凝自复叠喷射循环进行了理论分析,研究了使用R134a/R23非共沸混合工质时制冷剂的配比、冷凝温度和蒸发温度对两种循环性能的影响,结果表明:随着低沸点组分R23质量分数由0.10增至0.20,一级分凝循环喷射器压比在3.4附近变化,而二级分凝循环喷射器压比在1.8附近变化,两种循环COP均增大;随着冷凝温度由18℃升至23℃,一级分凝循环喷射器压比由3.242增至3.792,而二级分凝循环喷射器压比由1.860升至1.867,两种循环COP均降低;随着蒸发温度由-10℃降至-15℃,一级分凝循环喷射器压比由3.454降至2.832,而二级分凝循环喷射器压比由1.870降至1.840,两种循环COP均升高,并且在相同工况下,二级分凝循环COP远高于一级分凝循环;二级分凝循环在喷射器压比为1.8时,可获得-15℃温区的制冷温度。     

R404A/R744复叠制冷机组设计探讨

通过对R404A/R744复叠制冷机组的设计匹配计算,探讨了复叠制冷系统中CO2作为低温级制冷剂的应用问题。     

太阳能有机朗肯-闪蒸循环工质选择

近年来,太阳能低温热发电技术作为可再生能源领域的研究热点受到越来越多的关注。文章针对太阳能平板集热器驱动的有机朗肯-闪蒸循环（solar binary-flashing cycle,SBFC）,基于EES（engineering equation solver）软件建立数学模型,分析了7种制冷剂包括R601、R601a、R1233zd（E）、R600、R1234ze（Z）、R600a和R1234ze作为循环工质在SBFC系统中的应用潜力,并在系统净输出功最大的工况下,研究了集热器出口热水温度（80～100℃）对SBFC系统热力性能的影响规律。选用的性能指标参数有净输出功、热效率、第二定律效率、不可逆损失、换热器热导（UA,总传热系数与传热面积的乘积）和单位太阳能集热器面积净输出功。结果表明,在所研究的工况范围内,随着集热器出口热水温度的增大,SBFC系统的热力性能得到显著的提高,且工质的标准沸点温度越高,SBFC热力性能越好,其中R601具有较高的净输出功、热效率和第二定律效率,并且系统的不可逆损失较小,是一较理想的SBFC系统循环工质。     

自复叠制冷系统4种组分配比性能

自动复叠制冷在小型制冷低温装置中有较强的应用优势,它能制取氮气液化温度77 K到常规单机压缩制冷温度230 K温区。针对三级自动复叠制冷系统非共沸混合制冷工质不同组分配比进行实验研究,对比分析了R600a、R23和R14混合制冷剂4种组分配比35/35/30、35/30/35、30/35/35和35/25/40,根据压缩机的运行工况和蒸发器的降温特性可以得到4种配比的各项运行性能参数比较接近,组分配比35/30/35的蒸发温度较低。蒸发器设计冷负荷为60 W,设计蒸发温度为180 K,低温冷柜内的蒸发温度最低可以达到并稳定在175 K。根据两种组分配比35/35/30和35/30/35在不同冷负荷时的蒸发器制冷特性实验研究,组分配比35/30/35的最高COP为8.47%;组分配比35/35/30的最高COP为14.4%。     

混合制冷剂R134a/R1234yf(R513A)与R134a热力学性能对比及实验

R513A是由R134a/R1234yf（质量分数比为56∶44）组成的新型环保制冷剂，其全球变暖潜能（GWP）值低，不可燃。选择混合制冷剂R513A作为研究对象，在原R134a家用电冰箱中进行制冷剂的替代实验研究。实验依据标准BS EN ISO 15502—2005中规定的工况进行，主要从降温时间、耗电量和冷冻能力三方面对R513A在电冰箱中的性能进行评估并与R134a进行对比。实验结果表明：最佳充注量下，R513A降温时间相比R134a降低21%；24h耗电量实验中相比R134a，R513A系统耗电量降低了3.5%，系统稳定运行时R513A的启停率小于R134a；冷冻能力实验中，同一工况下M包达到相同设定温度，R513A比R134a用时少约42.3min。此外在系统稳定运行时，R513A的系统排气温度低于R134a，其他参数和R134a很接近。通过对比实验可知，在未对原冰箱系统进行任何改动的情况下，R513A可以作为R134a的替代制冷剂直接充注到系统中使用。