R236fa/R32大滑移温度混合工质的优选方法及实验验证

针对适用不同制冷工况下混合工质组成及组分的多样化选择问题,提出了对应用于双温制冷机组的大滑移温度混合工质R236fa/R32组分在冷凝温度范围为311～333K、蒸发温度范围为269～290K的优选方法。对R236fa/R32的温度随焓值非线性变化特性进行了理论研究;建立了混合制冷剂蒸发换热过程由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增模型,通过对混合工质不同组分高、低温蒸发器的熵增变化情况确定最佳组分。并搭建了试验台,通过实验研究得到了该混合工质不同组分下在换热器中的温度分布情况、制冷效率（COP）及压缩机功耗情况验证该优选方法的结果。研究结果表明：该熵增模型能够较好地反映该混合制冷剂不同组分的COP特性及压缩机功耗,随着R32质量分数的增加,蒸发器的熵增先增大、后减小,在R236fa/R32为4∶6时,低温蒸发段和高温蒸发段由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增都最小,因此为该机组的最佳组分,验证了理论分析的正确性。该方法可以为不同工况下混合工质的优选提供参考。     

制冷工况下降膜冷凝器的制冷剂积存特性与传热性能

为探索在保证空调器性能的同时,减少制冷剂充注量的解决方案,对家用分体空调室外机的制冷剂积存量进行了实验研究,结果表明:冷凝器中两相段及过冷段的液相积存量较大,导致冷凝器内积存的制冷剂质量较多,占总充灌量的60%以上。故利用竖直管降膜冷凝来减少制冷剂积存量的思路,设计了翅片管降膜冷凝器并对其进行了实验研究,结果表明:在保证系统性能的同时,总充灌量由1050 g减少到550 g。     

低温节流制冷系统中混合工质的研究进展

低温节流制冷系统早期主要应用在红外探测、医疗冷冻等领域,近年来,随着节流制冷系统在低温应用上的广泛,更加高效的混合工质被用来在低压比下获得较低的温度、较大的制冷量。文章从混合工质在低温节流制冷系统中各工质组分的制冷特性,采用实验的方法优化混合工质的配比、利用模型算法优化工质配比,以及混合工质在低温节流制冷系统中的生产应用4个方面简述了近20年来低温节流制冷系统中混合工质的发展状况。最后结合最新技术进展对今后的发展趋势进行了展望。     

强非共沸工质R134a/R23/R14汽液相平衡和压焓图的构建及应用

基于PR状态方程,分模块模拟计算了三级自动复叠制冷系统中R134a/R23/R14三元混合工质的热物理特性参数,得到非共沸混合工质的汽液平衡数据、两相组分,并利用干度计算焓熵值,构建了典型配比下混合工质的压焓图和汽液相平衡图。二元R134a/R23和R32/R134a混合工质的泡点压力和气相组分的计算值与实验测试值的误差分别小于1.3%、1.2%和1.0%、2.4%;三元R32/R125/R134a混合工质95%的计算值与实验值的偏差在±5%之内,表明该模型能满足工程计算需要。利用理论模型,结合实验系统,对R134a/R23/R14三级自动复叠制冷系统进行详细的组分等热物性分析,并在空间压焓图上进行了详细表述。     

新型吸收式制冷体系工质对溶液研究进展

吸收式制冷系统是一种低碳/零碳制冷技术,利用低品位热源(如工业余/废热、太阳能热源等)作为其驱动能源,能有效提高能源系统综合利用效率。当前商业吸收式制冷剂体系主要基于水-溴化锂和氨-水体系,水-溴化锂溶液存在腐蚀性强、易结晶和制冷效果差等问题,氨体系有毒性较强、爆炸性以及氨-水制冷设备无法小型化等缺点。新型制冷剂-吸收剂工质对的研发是设计更环保高效的新型吸收式制冷系统的核心。总结了近年来备受关注的新型工质对体系,从吸收剂角度出发,探讨了离子液体、低共熔溶剂、大分子有机溶剂以及其它吸收剂与制冷剂组成的工质对溶液热力学性质的计算和实验研究方法。特别讨论了吸收剂-制冷剂相互作用类型和机制,及其对工质对溶液热力学性质和制冷性能的影响规律。总结研究发现对于新型工质对体系,普遍存在的问题是工质对溶液对制冷剂蒸汽的吸收性能欠佳。通过调控吸收剂化学结构和工质对组成,增强吸收剂-制冷剂相互作用是进一步优化工质对体系的关键途径。该综述为优化、设计工质对溶液体系提供了参考。     

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%。     

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%。     

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。     

固体吸附式制冷系统制冷剂的解吸特性

搭建了以活性炭-甲醇为工质对的单床吸附式制冷实验系统,对圆柱形吸附管内的吸附剂在不同解吸温度和不同解吸时间条件下的解吸量进行实验研究。解吸温度分别为84、89、94℃,解吸时间分别为4、5、6、7 h。实验结果表明,解吸温度、解吸时间和制冷剂的解吸量对吸附式制冷系统制冷循环性能有着重要影响。在热源温度为84℃加热时间4 h时,系统的制冷性能系数COP最小为0.053。系统在解吸温度为94℃,解吸时间为6 h时,系统的制冷性能系数COP最大为0.19,此时的解吸温度和解吸时间为最佳解吸温度和解吸时间。继续增加解吸时间,解吸量的增长率小于耗能的增长率,COP减小。     

固体吸附式制冷系统制冷剂的解吸特性

搭建了以活性炭-甲醇为工质对的单床吸附式制冷实验系统,对圆柱形吸附管内的吸附剂在不同解吸温度和不同解吸时间条件下的解吸量进行实验研究。解吸温度分别为84、89、94℃,解吸时间分别为4、5、6、7 h。实验结果表明,解吸温度、解吸时间和制冷剂的解吸量对吸附式制冷系统制冷循环性能有着重要影响。在热源温度为84℃加热时间4 h时,系统的制冷性能系数COP最小为0.053。系统在解吸温度为94℃,解吸时间为6 h时,系统的制冷性能系数COP最大为0.19,此时的解吸温度和解吸时间为最佳解吸温度和解吸时间。继续增加解吸时间,解吸量的增长率小于耗能的增长率,COP减小。     

高温气体与过冷液直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体与制冷剂过冷液体直接接触凝结换热的新型制冷循环,结合自然工质氨的热力特性,分析直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩和单级压缩制冷循环的性能进行对比,得出：随着主循环饱和液温度的升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数先增大后减小存在最大值,冷凝器散热量先减小后增大存在最小值,流过蒸发器的制冷剂质量流量逐渐增大。在相同蒸发温度和冷凝温度下,当过冷液体的过冷度为20℃时,较常规双级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高4.92%,冷凝器散热量减少6.65%,蒸发器的制冷剂质量流量减少7.2%～7.9%;当过冷液体的过冷度为5℃时,较常规单级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高6.52%,冷凝器散热量减少3.32%,蒸发器的制冷剂质量流量减少8.58%～8.91%。结果表明氨直接接触凝结制冷循环较常规制冷循环具有明显的优势。     

串并联风冷冰箱性能优化

基于一台采用串并联制冷循环的风冷冰箱,以提高冷冻室冷冻能力和降低系统耗电量为目标,采用非共沸混合工质制冷剂,通过试验手段研究并获得了关键参数对系统性能的影响规律。研究结果表明,分别存在最佳充注量和组分浓度的不同组合,使得冰箱耗电量和冷冻室最低温度达到最低,分别为1.51 kW·h/d和-40.7℃。为了进一步降低冰箱能耗,通过试验发现风机电压存在最优值7.5 V,使得冰箱整机耗电量降低10%,达到1.16 kW·h/d。     

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。     

固体吸附制冷系统中的气液回热

对固体吸附制冷系统中的气液回热进行了研究,对回热量在吸附制冷系统中的影响进行了理论分析,并通过试验验证了气液回热对系统产生的积极影响.     

R410A制冷剂在润滑油中的动态析出特性的研究

制冷系统中的有效充注量的计算依赖于制冷剂在润滑油中的动态析出特性。本文的目的是通过实验研究制冷剂在润滑油中析出时质量分数随时间变化的特性,并建立预测制冷剂质量分数动态变化的数学模型。实验方面,采用了外压骤降时制冷剂会析出的原理,搭建了动态溶析实验台,通过测量溶液折射率得到了R410A制冷剂在POE68润滑油中析出时质量分数的实时变化。实验结果表明,随着压力的骤降,制冷剂几乎同步析出,质量分数呈现急速下降、缓慢下降并最后稳定的动态变化趋势;随着压降幅度的增大,制冷剂最大析出速率增大,质量分数每秒最大下降16.4%,制冷剂质量分数稳定的时间变短,最短仅有4 s。建模方面,基于一维质量扩散原理,开发了能够预测制冷剂质量分数随时间变化的析出模型。模型结果表明,质量分数预测值与实验数据的平均绝对误差小于5%,平均相对误差小于25%。     

非共沸混合工质在制冷循环中浓度偏移分析

非共沸混合工质在制冷循环中应用越来越广泛,其工质的浓度偏移对制冷机的性能影响显著。为此建立了非共沸混合工质两相区流动换热工质浓度偏移数学模型,推导出两相流动中气液相流速不同是发生浓度偏移的必要条件,得到了混合工质两相区当地浓度偏移规律并根据流动工质浓度计算出两相区的当地浓度,通过J-T制冷机蒸发器的工质浓度偏移实验进行了验证,计算与实验结果吻合较好。数学推导和实验结果均表明,当j组分工质在当地气液相中浓度相等时,两相流动中j组分工质浓度不存在浓度偏移,而当j组分工质在当地气相中的浓度大于当地液相中的浓度时,j组分工质当地总浓度小于其循环流动浓度,反之亦相反。J-T制冷循环中低沸点工质当地浓度低于循环流动浓度,而高沸点工质当地浓度将高于循环流动浓度。进一步分析表明混合工质J-T制冷循环中低沸点工质循环浓度高于其充注浓度,而高沸点工质循环浓度低于其充注浓度。因此,为了获得既定运行浓度的循环系统,需要充注相比此浓度更多的高沸点组分。     

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。