R1234ze和R22在微细通道中流动凝结换热的实验研究

实验研究了R1234ze、R22在细圆管中的流动凝结换热特性。实验圆管内径为1.085 mm,方管为0.952 mm。R22的质量流率为200~1200 kg/(m~2·s),R1234ze的为200~800 kg/(m~2·s),饱和温度为40℃与50℃。实验结果表明,高质量流率时R22在较高干度下换热系数随干度增加缓慢或略有下降,R1234ze的随干度变化有较明显的线性性质。相同条件下R1234ze的凝结换热系数高于R22的。对比实验结果与现有关联式的预测结果,其中,Wang等关联式(2002)对实验数据预测偏差在21%之内,Kim等关联式(2013)对实验数据预测偏差在19%之内。     

R32在水平细管内的流动沸腾实验研究

本文对R32在水平管内的流动沸腾进行了实验研究。实验测试段为内径2 mm的水平光滑不锈钢管,实验的蒸发温度为15℃,流量密度为100 kg/(m~2·s),热流密度为6～24 kW/m~2。通过试验获得R32的流动沸腾换热系数,同时与R134a和HFO1234yf进行比较。结果发现R32的传热系数是HFO1234yf换热系数的1～2倍。同时利用现有的公式对R32和HFO1234yf的换热系数进行了预测,发现这些公式还存在欠缺,需要进一步的改进。     

R32/R134a在微通道内流动沸腾特性

研究非共沸混合工质R32/R134a(质量比,25%/75%)在水平微尺度通道内流动沸腾换热规律。在各种工况下进行了非共沸混合工质R32/R134a在水平微尺度管道内流动沸腾换热的实验,考察了质量流量G、热流密度q、质量干度x对微尺度通道内流动沸腾换热系数的影响。研究表明:在热流密度、质量流量都较低的区域,对细管道,换热系数与热流密度的关联度较大;而对微管道,换热系数受影响的因素比较多,并在干度为0.6时出现"干涸"现象,使得换热系数急剧下降。在质量流量高的区域,对细管道,热流密度对换热系数的影响很小;而对微尺度管道,当干度为0.06时换热系数发生转变,随质量干度的增加先减小后增大,热流密度增大到一定的阶段后,换热系数不再随热流密度变化。     

R134a/R125混合工质管外沸腾换热特性研究

对水平管外纯R134a和三种不同浓度的R134a/R125混合工质池沸腾换热性能进行了试验研究。在试验研究的基础上对二元混合工质的沸腾换热进行理论分析,并提出了二元混合工质的沸腾换热预测关联式。在实验范围内,实验值与预测值的最大偏差不超过±20%,可以满足工程应用的需要。     

基于HFOs工质的有机朗肯循环系统热经济性能分析

本文建立了150℃地热水驱动的有机朗肯循环(ORC)系统热经济性能分析模型,对7种氢氟烯烃类(HFOs)工质和3种含HFOs的混合工质开展优化分析。以系统净现值(NPV)为优化目标,采用遗传算法对蒸发温度、过热度、蒸发/冷凝过程夹点温差和冷源出口温度等五个系统参数进行优化,分析各参数对系统热经济性能的影响。并将HFOs工质的热经济性能与R134a、R600a和R245fa进行对比。结果表明,R515A和R1234ze(E)的热经济性能最优,且均优于三种对比工质;其中,R515A的系统净输出功最大,R1234ze(E)的NPV最大,而R452B和R1234yf的热经济性能较差。     

喷射增效自复叠制冷循环工质选择

为选择适合喷射增效自复叠制冷循环的工质,选取R32/R1234ze、R23/R134a、R170/R290和R23/R227ea四组混合工质,计算分析在给定工况下不同工质对喷射增效自复叠制冷循环性能的影响,并与传统自复叠制冷循环进行对比。结果表明,在喷射增效自复叠制冷循环中,R170/R290制冷量最大,R23/R227e压缩机压比最小,R23/R227e具有最佳性能,其性能系数较传统自复叠制冷循环提高了13.8%—28.4%;各组混合工质均存在最优组分配比使循环COP最大。     

HFC32/HFO1234ze二元混合工质的热物性模型

在实验数据基础上,建立了适用于HFC32/HFO1234ze二元混合工质的PR方程模型,并对实验数据、模型计算结果和Refprop 9.0计算结果进行了比较分析;作出了定温度下泡、露点压力随混合比的变化关系图以及定压力下饱和温度随混合比的变化关系图,分析得出HFC32/HFO1234ze二元混合工质属于非共沸工质,存在温度滑移,500 kPa压力下混合物在0.27/0.75处温度滑移达到最大为12.7℃;选取状态参考点后,作出了不同混合比下的混合工质的logP-h图,得出了随混合比变化混合工质的热力学性质的变化趋势,为系统的设计提供基本的热力学数据;最后,以R410A循环性能为基准,对不同混合比下混合工质的"相对循环性能"(COP_(mix)/COP_(R410A))进行了分析,为家用空调制冷剂的替代和系统的优化提供方向。     

微细通道内非共沸工质流动沸腾换热实验研究

本文实验研究了非共沸混合制冷剂R134a/R245fa(质量比为0.7/0.3)在长度为45 mm、65 mm的平行微通道内的流动沸腾特性。微通道由30个截面为0.5 mm×0.5 mm矩形微通道组成。得到了质量流速在542.22～995.56kg·m~(-2)·s~(-1)、热流密度在4.9～100.2 W·cm~(-2)时的流动沸腾传热系数,并对R134a/R245fa和R134a的换热系数进行对比,结果表明热流密度、质量流速、通道长度对换热系数均有影响。考虑R134a/R245fa相变时的附加传质阻力对换热的影响下,在纯工质关联式中引入混合物影响因子,得到了适用于本实验工况下R134a/R245fa的关联式。     

微尺度水平管内沸腾换热特性研究

对不同质量分数下非共沸混合工质(R134a/R32)在微尺度管道内的流动沸腾换热特性进行了比较和分析,阐述了热流密度、质量流量和质量干度对换热的影响。结果表明:热流密度对换热的影响随着质量流量的增加而愈加明显;在质量分数为75%/25%和65%/35%时,换热系数随着质量流量的增大而增大;而质量分数为85%/15%时,换热系数随质量流量的变化先增加后减小;随着质量干度的增加,换热系数在各质量分数下基本上都呈上升趋势。     

R1234yf/HCs混合工质热泵系统循环性能分析

在名义工况下建立热泵热水器系统的热力学循环模型,利用EES分别计算三种HCs纯工质及其与HFO1234yf混合工质的热泵性能。结果显示:R1234yf/R600(Z_1)和R1234yf/R600a(Z_2)均在质量分数(10/90)处出现最大制热COP值,分别为3.413和3.305,R1234yf/R290(Z_3)则出现单调递减的趋势。在最优配比(10/90)情况下,混合工质Z_1系统排气温度为76.26℃,冷凝压力为0.681 MPa,压比为6.284,制热量为193.6 J/g,■效率为0. 212;系统Z_2、Z_3及纯工质R600、R600a、R290的制热性能系数COP分别较Z_1降低3.06%、3.09%、13.94%、5.10%、5.66%。Z_1具有较好的热力学性能,有望成为替代工质。     

R410A和R22在水平内螺纹管内冷凝性能的实验研究

实验研究了环保替代制冷工质R410A和R22在冷凝温度40℃时在内螺纹强化管(外径为9.52mm)内的冷凝换热特性,对二者的冷凝换热性能进行了对比,并研究了测试管外冷却水流量对换热系数的影响。结果表明:在管外冷却水流量相同时,R22的总换热系数K普遍比R410a小,而管内传热系数hr比R410A大。R22与R410A的总传热系数K均随管外冷却水流量的增加而增加,当制冷剂流量Gm大于300kg.s-1.m-2时,管外冷却水流量对总传热系数K的影响变小。     

蒸发器夹点温差对ORC系统性能影响的研究

为研究蒸发器夹点温差对有机朗肯循环系统性能的影响,本文运用Aspen Plus建立系统模型,研究了不同工质(R245fa、R1234ze、R1234yf、R134a、R600a)和热源温度(105～165℃)对有机朗肯循环系统的热力性能的影响;此外,选取净输出功率、■效率、热效率和自定义的综合评价指标f(x)来衡量系统的性能。结果表明:随着夹点温差的增大,系统净输出功、■效率和热效率均降低,而f(x)值先降低后升高,即存在最优夹点温差。R134a、R1234yf、R1234ze、R600a、R245fa五种工质对应的最优夹点温差分别为18、9、12、15、15℃,其中R245fa的f(x)值最小,性能最佳。此外,工质为R245fa时,当热源温度为105℃时,系统性能最佳,最优夹点温差15℃。     

微尺度水平单管内流动沸腾特性实验研究

对非共沸混合工质R134a/R32(75/25)在水平微尺度管道内的流动沸腾换热实验结果进行了分析和讨论,以探究微细通道内流动沸腾换热的主导机制。对影响其换热的多种因素(热流密度、质量流量和质量干度)进行了分析,实验得出,当质量干度较低时,热流密度和质量流量共同控制着微尺度管内的换热方式,当热流密度的影响占主导地位时,管道内的换热以核态沸腾为主;当质量流量的影响占主导地位时,管道内的换热以强制对流为主。     

R1234yf/R744和R134a/R744两种复叠循环性能对比

为了获得较低的低温环境,通过建立能量方程及辅助软件EES(Engineering Equation Solver)的编程,分析了R1234yf/R744和R134a/R744两种复叠式制冷系统的蒸发温度、冷凝温度、冷凝蒸发传热温差对系统性能的影响。结果表明:R134a/R744系统的COP略高于R1234yf/R744,R1234yf相对于R134a具有优良的环保特性,因此,在复叠系统中,R1234yf/R744可代替R134a/R744制取低温。     

非共沸工质R134a /R245fa的管内冷凝换热特性研究

为研究非共沸工质的冷凝换热特性,本文基于Nusselt理论,建立了竖直圆管内非共沸混合蒸汽的冷凝模型,研究了不同质量比例的R134a/R245fa在不同条件下的冷凝换热特性,结果表明:混合蒸汽质量比例不同,两种组分的露点温度不同,混合物的冷凝特性不同,低沸点组分的气-液相份额差是表征传质阻力的关键因素;混合蒸汽质量比例、质量流速、壁面温度、压力是影响非共沸混合工质冷凝换热的重要因素。     

混合工质变浓度空气源热泵系统的研究

本文分析了不同浓度混合工质R32／R134a和纯质R22理论循环性能,应用新型变浓度实验热泵装置测定了混合工质R32／R134a的变浓度循环特性,并与纯质R22进行了比较。结果表明,混合工质R32／R134a具有较好的容量调节特性。     

板式蒸发器非共沸工质换热与压降研究

目前,针对单工质或近共沸工质的板式蒸发器研究已有开展,但对于非共沸工质的尚未见报道;本文结合实验 数据,欲将已有实验关联式推广到非共沸混合工质,经过比较发现,Hsieh的应用近共沸工质R410a的换热系数关联式 能很好的适应大温度滑移的混合工质,另外本文对摩擦压降关联式的系数经过适当的修正后也能应用于该工质。     

高效换热器内冷凝换热热阻的实验研究

在水平强化管内R134a的冷凝换热实验中,对试验工况中管内流型进行计算预测,使用关联式对管内传热系数进行预测,以校核实验数据的可靠性,以质量流量、冷凝温度为变量,以总传热系数K、冷冻水传热系数h_w、制冷剂传热系数h_r为衡量指标,对强化管换热热阻进行研究。实验结果表明:总传热系数K、制冷剂传热系数h_r均随质量流量的增加而增大,且对应冷凝温度越低其值越大,而冷冻水传热系数h_w随质量流量的增加而稍有降低,冷凝温度对其值影响并不大。此外,随着质量流量的增加,冷冻水热阻占总热阻比值逐渐增加,但制冷剂热阻总是小于冷冻水热阻,且冷凝温度越低,两者的差值越大。换热管内外热阻比重IOR随着质量流量的增加而降低,随着冷凝温度的升高而增大。     

R290/R134a在水平微肋管中沸腾传热的数值模拟

为探究混合制冷剂R290/R134a(4/6)在水平微肋管中的沸腾传热特性,采用了CFD软件数值模拟的方法,对混合制冷剂R290/R134a(4/6)分别在外径为7 mm,长为500 mm的水平光滑管和微肋管中进行数值模拟与理论分析。分析了质量流量、热流密度,以及干度对混合制冷剂在水平微肋管中换热特性的影响。结果表明：两种管型的沸腾换热系数随质量流量、热流密度和干度的增大出现先增大后减小的趋势;热流密度对制冷剂沸腾换热系数的影响最大,在质量流量保持不变,改变热流密度的条件下,微肋管最大传热系数分别为光滑管的1.30、1.31、1.26倍;质量流量的增加提高了制冷剂的临界干度,光滑管与微肋管最大临界干度分别为0.57、0.63。     

不完全湿压缩特性研究

本文提出了不完全湿压缩概念,并利用制冷剂在温熵图上气化饱和线的坡度系数预测工质的不完全湿压缩特性。分析在AHRI(Air-Conditioning,Heating,and Refrigeration Institute,空调供暖制冷协会)空调和低温制冷工况下,R22、R32和NH_3这三种湿工质的坡度较缓,其最大COP都在不完全湿压缩区间,COP的增加值(与吸气饱和时相比)分别为0.43%/0.32%,2.12%/2.44%和5.89%/9.95%;R134a的坡度系数绝对值过小,吸气带液压缩的理论COP反而下降。研究表明:坡度系数为负值的工质具有较好的不完全湿压缩性能,且坡度越缓,其湿压缩COP改善的几率越大;R32和氨的排气温度高,而且其吸气带液压缩COP改善的潜力也更大,不完全湿压缩对于排气温度高且坡度系数绝对值大的湿工质应用价值更大。