重力再循环蒸发器与直接膨胀蒸发器的实验性能研究

在不同工况下采用R404A作为制冷剂对重力再循环蒸发器和直接膨胀蒸发器进行了实验性能研究。搭建了兼具重力供液和直接膨胀供液制冷系统的试验台,在冷库温度为0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃五种工况下,利用热平衡法测得了不同供液形式制冷系统的制冷量以及蒸发管路上若干测点的温度。对实验数据进行了整理和理论分析,得到2种蒸发器在不同工况下制冷量的变化规律以及2种蒸发器在不同工况下传热温差和传热系数沿管长的变化规律。     

结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷系统运行特性

以R404A为工质,用热平衡法测试结霜工况下直接膨胀供液制冷系统以及重力供液制冷系统在不同蒸发器供液高度时的系统的运行特性,并进行比较。研究表明:在重力供液制冷系统中,蒸发温度和压力高于直接膨胀供液制冷系统,且受供液高度和环境温度影响;在不同供液高度时,重力供液制冷系统压缩机吸气压力高于直接膨胀供液制冷系统压缩机吸气压力,供液高度的增加,吸气压力升高,压缩机的排气压力的变化趋势与蒸发压力相似;重力供液制冷系统制冷量高于直接膨胀供液制冷系统制冷量,且随蒸发温度升高而增大,但制冷量的增加幅度却有着相反的变化趋势。供液高度为1200mm时,制冷量最大增幅达到35.59%;重力供液制冷系统COP大于直接膨胀供液制冷系统COP,重力供液制冷系统存在最佳供液高度。     

直接供液与重力供液制冷系统的对比研究

重力再循环供液是指蒸发器依靠制冷剂自身的重力送入蒸发器,在供液高度大于蒸发器对制冷剂的阻力情况下,部分制冷剂液体在蒸发器和气液分离器所形成的回路中再循环。由于再循环作用不需要外加动力,并强化管内制冷剂的沸腾换热,蒸发器的效率得以明显提高。文中介绍了重力再循环供液制冷系统和蒸发器的结构,提出采用J.Chawla关系式和Shah关联式相结合的方法预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数。采用空气侧热平衡法,对直接膨胀供液和重力再循环供液制冷系统分别进行了多蒸发温度下的性能测试。表明重力再循环供液制冷系统比直接膨胀供液制冷系统的制冷量平均增加26%,COP平均增加18%,蒸发温度平均升高1.1℃,传热系数是直接供液的1.57倍。J.Chawla关系式和Shah关联式相结合预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数,其曲线结构与实验值近似,平均误差不大于20.6%。文章还对各热工参数的变化原因进行了分析。     

变频压缩机对双蒸发器并联重力供液系统的影响

为研究在低温工况下压缩机频率对重力再循环制冷系统的影响,保持库温不变,通过调节压缩机频率,测量重力再循环双蒸发器并联制冷系统的相关参数,并与相同压缩机频率下的直接膨胀供液制冷系统进行对比。结果表明:相同工况下压缩机频率为40Hz、45Hz、50Hz、55Hz和60Hz时,重力再循环供液制冷系统相比直接膨胀供液制冷系统的制冷量分别高2.36%、5.92%、7.16%、8.09%和10.1%;压缩机耗功分别高0.45%、2.92%、4.63%和5.76%;性能系数分别高2.36%、5.92%、7.16%和8.09%。故在低温工况下,重力循环制冷系统优于直接膨胀式制冷系统,且增加压缩机频率可优化重力循环制冷系统运行特性。     

冷凝器风机变频对冷库制冷系统性能的影响

以直接膨胀式冷库制冷系统为对象,通过改变风冷冷凝器风机频率,对不同库温下的制冷系统性能进行了实验研究。研究发现,在相同的库温下,随着冷凝器风机频率的降低,系统制冷量减小,压缩机功率增大,系统总功率减小;当库温高于-18℃时,制冷系统COP随冷凝器风机频率的降低而减小,但当库温降至-18℃时,制冷系统COP反而增大。在相同的冷凝器风机频率下,随着库温的降低,系统制冷量减小,压缩机功率减小,系统总功率减小,制冷系统COP减小。当库温为-18℃时,冷凝器风机频率变化对制冷量影响较小,制冷系统COP主要受系统总功率的影响;库温高于-18℃时,冷凝器风机频率变化对系统总功率和制冷量均有影响,但制冷量变化对制冷系统COP影响更大。因此,在厦门地区冬季运行时,冷凝器风机在变频运行方式下,冷库制冷系统节能与否须结合库温工况确定。     

双罐式气泵供液与直接供液制冷系统对比研究

双罐式气泵供液是指利用系统的更高等压力能作为供液压头将制冷剂送至蒸发器,通过调节供液压头的开度使蒸发器中供液量大于蒸发量,来强化蒸发器管内流体的沸腾换热,增加管内制冷剂侧系数,最终提高蒸发器传热效率。本文主要介绍双罐式气泵供液制冷系统运行原理,并采用J.Chawla关系式数值模拟气泵供液制冷系统中蒸发器管路制冷剂侧传热系数,分析在不同供液压头下对制冷系统性能的影响。最后利用空气侧热平衡法,与直接膨胀式制冷系统在不同工况下进行对比。     

汽液分离器对两相流引射器制冷系统性能的影响

针对汽液分离效果差的问题,重新设计了应用于两相流引射器制冷系统的汽液分离器,将使用新汽液分离器的两相流引射器制冷系统的性能与原系统进行了比较,分析了汽液分离器对引射器性能及制冷系统性能的影响。实验结果表明:重新设计的汽液分离器分离效果大大改善,对于不同的实验工况条件,采用新设计的汽液分离器的两相流引射制冷系统,主蒸发器制冷量由占总制冷量的21.1%~27.8%,提升到82.2%~87.3%,主蒸发器起到了主要作用;在引射器结构参数相同的条件下,引射器的引射比由0.2~0.46提升到0.56~0.64;采用新设计的汽液分离器系统制冷量和COP均与原系统基本相同。     

低频热驱动气–液耦合热声制冷系统数值模拟研究

提出了一种低频热驱动气–液耦合热声制冷系统,通过数值模拟优化了该系统的结构参数并对其热力性能进行了数值模拟分析。首先,分别对系统关键参数的沿程分布和各部件的?损失进行了分析;然后,探究了不同压力下液体质量对系统热力学参数的影响;最后,与传统热声制冷系统进行了对比。结果表明,气液耦合热声制冷系统可以有效地提升系统的压比、制冷量、COP和相对卡诺效率,降低系统的起振温度和频率。在加热温度300℃,制冷温度15℃,环境温度50℃,平均压力10 MPa时,气液耦合热声制冷系统制冷量为31.12 k W,是传统热声系统理论值的4倍,COP和相对卡诺效率相对于传统热声制冷系统的理论值分别提升了13%和25.9%。     

重力再循环供液制冷系统气液分离器的试验研究

通过计算得出气液分离器有效高度和气液分离器的直径,设计出两种气液分离器,并分别实验对比。实验结果表明,气液分离器的结构形式对重力供液制冷系统的性能影响较小,由于分离器直径减小了25%,分离器内制冷剂存储量大大减少,当液位处于控制液位时,分离器存储量仅为原来的19.1%,而压缩机的吸气压力基本保持不变,排气压力有所降低,并且对系统制冷量及COP影响很小,最大差值在-20℃工况,相差0.043。     

双罐式气泵供液制冷系统性能的实验研究

双罐式气泵供液制冷系统作为气泵供液的一种,运用高压气体或液体的压力输送制冷剂到蒸发器。该实验通过控制供液气压来调节再循环蒸发器的供液量,调节制冷系统中的循环倍率,在供液气压升高而导致循环倍率增大的同时,蒸发器的传热量会升高到最大值。通过技术参数的收集整理,分析比较不同工况下的制冷性能、压缩机性能和传热性能等特性,作为双罐式气泵供液制冷系统工程应用的理论依据。实验表明,不同范围的供液压头,对传热性能的主要影响因素不同,蒸发器制冷量在供液压头升高到一定值后不再增加,系统COP也将下降。     

直冷电冰箱制冷循环分析

分析了直冷电冰箱单路、双路、多路循环及双机、双级制冷循环,进行了系统匹配性、市场占有率、成本及其COP值比较。针对双路循环存在的频繁开停机现象,提出了完善控制方式及采用双稳态电磁阀的变温技术。变温室蒸发器与冷冻室蒸发器串联,其前串联双稳态电磁阀2,并在变温室蒸发器上并联双稳态电磁阀1,据变温室温度设定改变双稳态电磁阀通断实现两个循环支路交替制冷。冷藏室温度控制压缩机启停,变温室温度仅控制双稳态电磁阀通断,实现切换制冷剂流向目的。应用该循环方式及相关措施研制的BCD-188CH直冷电冰箱最大负荷日耗电0.38度,变温情况下耗电在0.35度以下,最低达0.31度。     

水平管降膜蒸发器传热优化研究

基于分布参数方法,对大型制冷系统中的水平管外降膜蒸发进行了传热优化数值模拟计算.在计算中,分析了饱和的液态制冷剂R134a在水平的铜管束外流动蒸发的换热特性.模型考虑了不同的管子类型和2流程不同管程布置对蒸发器换热特性的影响,结果表明,蒸发器采用Turbo-EHP管的性能高于其它管;不同管程布置对蒸发器性能的影响比较大,其中,下进上出管程布置的换热性能优于其它管程布置.同时,本文考虑了传热管外"干斑"对换热的影响.本文结论对于大型制冷系统中的降膜蒸发器传热优化设计具有指导性意义.     

应用不同混合工质的自复叠制冷机组性能的理论分析

混合工质的不同直接影响到自复叠制冷机组的各项性能。在给定的工况下分析了R744/R600 a、R744/R290、R744/R134 a、R23/R134 a、R23/R22与R32/R600等混合工质的配比、蒸发器出口温度对机组的冷凝压力、制冷量、压缩机耗功和COP的影响。结果表明:R744/R600 a、R744/R290、R744/R134 a与R32/R600 a的最佳配比为35∶65,R23/R134 a的最佳配比为40∶60,R23/R22的最佳配比为30∶70,其中R744/R290系统的COP值为最大;低沸点组分增大情况下,R744/R290、R744/R134 a与R23/R22机组的制冷量和压缩机耗功随着先增加后减小,但R23/R134 a、R32/R600与R744/R600 a机组的制冷量和压缩机耗功一直增加;在最佳配比情况下,随着蒸发温度的升高,其机组的COP值不断增加,而冷凝压力几乎不变。     

制冷剂充灌量对冷藏柜制冷性能影响的试验研究

冷藏柜制冷剂容量较小,系统中制冷剂充灌量的变化对制冷性能会产生很大的影响。通过改变系统中制冷剂充灌量,研究了制冷性能参数随制冷剂充灌量的变化趋势,为合理确定制冷剂充灌量提供了一定的依据。随着制冷剂充灌量的增加,蒸发压力和冷凝压力升高,蒸发器换热温差减小,过热度减小,冷凝器换热温差增大,过冷度增大;冷凝压力和蒸发压力压差增加,压比减小;压缩机平均功耗先减小后增加,制冷量则先增加后减小。     

自然冷源在家用冰箱系统应用及性能分析

空气自然冷源已逐渐用于制冷系统中,引入自然冷源能提高冷凝器出口过冷度,或将自然冷源冷却载冷剂经节流直接引入蒸发器,可有效提高系统COP;基于国内冬春季温度≤5℃的自然冷源分布状况,设计了一种引入自然冷源用于家用冰箱的新型制冷系统,并建立热力学计算模型,分析了不同自然冷源工况时冷凝器过冷度在0、5、10、15℃下的系统COP、压缩机指示功率、系统耗电量及冷凝器热负荷,经计算,冬春季时与传统家用冰箱制冷系统相比,系统COP提高了12%,日均系统耗电量节约0.48kWh。     

Performance of a Single-Family Heat Pump at Different Working Conditions Using Small Quantity of Propane as Refrigerant

The performance of a domestic heat pump that uses a low quantity of propane as refrigerant has been experimentally investigated. The heat pump consists of two minichannel aluminium heat exchangers, a scroll compressor, and an electronic expansion valve. It was charged with the minimum amount of refrigerant propane required for the stable operation of the heat pump without permitting refrigerant vapor into the expansion valve at incoming heat source fluid temperature to the evaporator of +10°C. The inlet temperature of the heat source fluid passing through the evaporator was varied from +10°C to ?10°C while holding the condensing temperature constant at 35°C, 40°C, 50°C, and 60°C, respectively. The minimum refrigerant charges required at above-tested condensing temperatures were found to decrease when the condensing temperature increased and were recorded as 230 g, 224 g, 215 g, and 205 g, respectively. The results confirm that a heat pump with 5 kW capacity can be designed with less than 200 g charge of refrigerant propane in the system. Due to the high solubility of propane in compressor lubrication oil, the amount of refrigerant which may escape rapidly in case of accident or leakage is less than 150 g.     

以HFC134a为制冷剂的喷射制冷实验研究

设计并搭建了喷射制冷系统性能研究实验台,选取HFC134 a作为制冷剂进行了喷射制冷实验研究。研究表明,在测试工况范围内,喷射系统的COP随蒸发温度的升高而增加,随冷凝温度的升高呈现先是基本不变,后迅速降低的趋势,随发生温度的升高先升高后降低;另外,研究还发现系统的COP随着冷冻水流量的增加而增加。     

第二制冷剂及其制冷系统的应用

由于HFCs类制冷剂对环境产生破坏,目前替代制冷剂的发展仍在不断探索中。采用第二制冷剂系统可以减少HFCs类制冷剂的充注和泄露,同时可以改善能源利用效率。文中主要回顾国内外近20年来第二制冷剂的研究状况以及二次回路制冷系统在商业制冷、家用空调与热泵以及汽车空调等领域中的应用,并提出近年来备受关注的两相载冷剂在蓄冷空调中的应用前景。