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。     

R1234yf瞬态喷雾冷却及过热度影响的实验研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是临床激光治疗的重要辅助手段。当前临床应用及实验研究均采用R134a或R404A进行喷雾冷却,但这两种制冷剂具有极高的温室效应潜能（GWP）值,对环境产生严重威胁。以热物性与R134a相似、而GWP值仅为4的R1234yf作为喷雾冷却的替代制冷剂,对其临床应用进行了探索性研究。表面传热的研究结果显示R1234f的冷却能力略低于R134a与R404A。通过降低制冷剂过热度的方式,可以有效提高喷雾集中程度,在保证闪蒸雾化的前提下显著提高表面热通量,提高R1234yf喷雾临床应用的可行性。     

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。     

水平管内R1234yf的流动沸腾换热特性

通过实验研究了环境友好型制冷剂R1234yf在内径为0.5mm的水平圆形微通道内的流动沸腾换热特性,测量了不同工况下R1234yf的沸腾换热系数（HTC）,并与传统制冷剂R134a进行了对比,分析了质量流速、热流密度和干度对换热系数变化规律的影响。实验条件为：饱和温度(17±1)℃,质量流速1000～2500kg/(m2·s),热流密度25～143kW/m2。实验结果表明：R1234yf的换热系数随着热流密度的增大而显著增大,而质量流速和干度的影响较小,核态沸腾为其主导换热机制。对比R1234yf和R134a在相同工况下的换热特性,发现两种工质的平均换热系数差别较小,并均随着热流密度增大而逐渐增加,但是R1234yf发生干涸（Dryout）时的热流密度小于R134a。将实验数据与已有文献中的核沸腾主导的经验关联式的预测结果进行了对比,得到了较好的吻合。     

R290/R1234yf与矿物油的互溶性测试及评价方法

制冷剂与冷冻机油的互溶性直接影响制冷系统的使用寿命和循环性能。为了解决新型制冷剂与冷冻机油的匹配问题,搭建了一套制冷剂与冷冻机油互溶性测试系统,在温度范围223.15~303.15 K内,开展了R290/R1234yf和矿物油的互溶性实验研究。结果表明：在含油率为10%±0.5%的情况下,当R290占混合制冷剂的质量分数在25%～35%变动时,R290/R1234yf和矿物油的临界互溶温度随着R290含量的增加而下降。在测试含油率范围内,基于常见的制冷工况,当R290在溶液中的质量分数高于30%时,溶液将呈现均一透明的状态;R290在溶液中的质量分数低于20%时,溶液将出现絮状物或分层现象。通过元素贡献评价方法,提供了理论临界互溶温度预测方程,并将结果以三元图的方式呈现,对新型环保制冷剂的发展具有现实指导意义。     

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。     

车用热泵内部冷凝器结构对性能的影响

以三换热器汽车热泵系统中的内部冷凝器为研究对象,实验研究了迎风面积与厚度相等时单层二流程与双层四流程的性能差别,发现双层冷凝器比单层的换热能力最大可增加7.9%,但压降增加了177.6%。建立了双层四流程冷凝器一维仿真模型,研究了当制冷剂为R134a与R1234yf时其在不同结构下的换热量与制冷剂侧压降。结果表明：不同流程排布的换热量差别较小,排布为11-12-12-11时,各个工况的R134a侧压降都显著减小;固定第二层厚度,第一层厚度从10 mm到20 mm,高风速工况下R134a的换热量最大增加10.4%,压降最大可减小63.6%;固定总厚度,采用不同的两层厚度组合,换热量变化较小,存在性能较优的两层厚度组合16 mm-8 mm与14 mm-10 mm;制冷剂为R1234yf时换热量和压降分别比R134a降低了8.02%和47.0%。     

环保型汽车空调软管

出于保护地球臭氧层的需要，国际上普遍以F134a取代R12，作为汽车环保型空调器的制冷剂。文中综述了F134a的特性，耐F134a制冷剂橡胶材料的配方特点，橡胶软管的结构，并阐述了耐F134a橡胶软管的性能指标和测试方法。     

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。     

汽车用胶管的发展

介绍汽车液压制动胶管、汽车动力转向胶管和汽车制冷系统胶管等的主体材料、结构及其发展。DOT4和DOT5等新型制动液以及二氧化碳和HFO-1234yf等新型制冷剂的应用对胶管性能提出了更高的要求。随着汽车电子制动系统和电动转向系统的发展,汽车胶管在制动和转向这2个领域的应用将有所减少。     

新型制冷剂HFO-1234yf与分子筛干燥剂的相容性研究

目前车用制冷剂HFC-134a的温室效应潜值(GWP)为1 300,而制冷剂HFO-1234yf的GWP仅为4,被认为是取代R134a的新一代制冷剂。采用McBain-Bakr法和ASHRAE-97密封玻璃管法分别测试了制冷剂HFO-1234yf与分子筛干燥剂的相容性。结果表明:3A、3A-60型分子筛与HFO-1234yf具有较好的化学稳定性,相容性较好,能够满足工业应用的HFO-1234yf制冷剂系统。     

R1234ze与R152a混合制冷剂替代R22的可行性

目前空调用制冷剂,R22的主要替代物是R410A与R407C,它们的ODP值虽然为0,但是GWP值还较高,仍然会对环境造成不利的影响。将R1234ze和R152a以40:60组成一种新型混合制冷剂(用代号NCUR01表示),并对其进行理论分析,通过分析NCUR01的环境影响指数、温度滑移特性、理论热力循环性能、热力学性质、安全性以及润滑油等因素,并与R22及其主要替代制冷剂R410A、R407C进行对比,结果显示:该混合制冷剂对环境的影响非常小,具有与R22相似的饱和压力线,而且具有较低的排气温度与较高的COP值,NCUR01的COP值比R22高约5%、比R410A高约19.6%、比R407C高约9.7%,排气温度比R22与R410A低约18℃、比R407C低约6℃,是一种性能良好的近共沸混合制冷剂,替代R22具有可行性。     

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.     

低GWP工质空调冷凝器性能模拟计算

建立了翅片管式冷凝器的稳态分布参数数学模型,考虑了冷凝器内部的实际流动状态,包括压降和流动型态,用Visual Basic计算机语言编写了翅片管式冷凝器模拟计算程序,并利用R22的计算结果与文献中的实验结果进行了对比验证,得到了较好的一致性。基于此模型模拟了低全球变暖潜能（global warming potential,GWP）工质R290、HFO1234yf和HFO1234ze在冷凝器内的流动换热特性,分析了改变迎面风速、制冷剂质量流量以及管内径尺寸时换热量和压降的变化情况,并与现在广泛使用的R410A进行了性能的对比分析。结果表明,稳定风速时R290换热量最大,HFO1234yf最小;相同情况下HFO1234yf和HFO1234ze最容易达到过冷状态;压降相同时,R410A的质量流量最大,R290的最小;换热量相同时,HFO1234yf的质量流量最大,R290的质量流量最小。为低GWP工质翅片管式冷凝器的优化设计和系统匹配以及制冷剂的替代提供理论基础。     

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。     

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。     

R513A的饱和液相黏度特性研究

工质黏度对于制冷系统的设计优化至关重要。R513A因其良好的环保特性和热力循环性能,在冷水/热泵机组中有望成为R134a的主要替代制冷剂。为了进一步探究R513A的液相黏度特性,基于毛细管法设计搭建了制冷剂液相黏度测试系统,采用R134a作为标准液体对毛细管黏度计进行标定。在温度范围253.15~333.15 K内,开展了R513A的液相黏度实验研究,结果表明R513A的液相黏度略低于R134a。采用R-K多项式方程、硬球模型结合混合规则与实验数据进行关联,R-K方程计算值与实验值的平均绝对偏差（AAD）和最大绝对偏差（MAD）分别为0.71%、1.65%,硬球模型计算值与实验值的平均绝对偏差和最大绝对偏差分别为2.02%和3.39%。上述两种模型能够较好地预测R513A的饱和液相黏度,研究结果可为R513A的替代应用研究提供参考依据。     

不同冷冻润滑油对HFO1234yf溶解吸收特性的研究

在原有的溶解度实验台位基础上,研制了一套基于可视等体积饱和法的制冷剂/润滑油溶解实验系统,增加可视窗口的实验本体、调整恒温系统以及改进搅拌系统。采用新研制的实验系统,实验研究了温度范围为283.15~348.15 K制冷剂HFO1234yf与角鲨烷的溶解吸收特性,并采用PR状态方程和HVOS混合规则及活度系数NRTL模型对实验结果进行了关联,计算值和实验值的平均相对误差为1.22 %。此外,温度范围为283.15 ~323.15 K内发现了不互溶分层的现象。     

碳氢制冷剂用于汽车空调的理论分析和实验研究

在HCs制冷剂热物性分析的基础上,对不同比例的R290（丙烷）和R600a（异丁烷）混合物的饱和蒸气压、单位容积制冷量进行了分析,并与R134a进行了比较,找出了R290和R600a混合物替代R134a的最佳混合比约为（R290/R600a）60％/40％.并在一台巴士汽车空调上对R290/R600a（60％/40％）和R134a的制冷性能进行了测试,结果表明：R290/R600a（60％/40％）的制冷系数约比R134a高约2％,制冷量比R134a高约10％.从制冷性能上,R290/R600a（60％/40％）可以作为R134a在汽车空调上的直接替代工质.     

微尺度通道内R134a的冷凝传热实验研究

建立采用射流冲击进行制冷剂冷却的冷凝传热实验系统,对当量直径为0.63 mm矩形微尺度通道内制冷剂R134a的冷凝传热特性进行研究。实验参数范围是制冷剂干度0~1,质量流率115~290 kg/(m²·s）,饱和压力0.35~0.5 MPa,实验获得了不同工况下微尺度通道的局部冷凝传热系数,并分析了制冷剂各参数对冷凝传热的影响。实验结果表明：冷凝过程中沿制冷剂流动方向,局部冷凝传热系数会随着干度减小而减小;在一定饱和压力下,局部冷凝传热系数与局部热通量相对应;冷凝传热系数随着饱和压力减小而增大。基于实验数据,整理出适用于本实验工况下微尺度通道内R134a的冷凝传热计算公式。