低GWP混合工质水平小通道内冷凝换热特性研究

本文对:R32/R134a(55.5%/44.5%)、R32/R134a(23%/77%)、R32/R1234ze(60.5%/39.5%)和R32/R1234ze(26.5%/73.5%)四种低GWP混合工质在内径2 mm的水平光滑圆管内的冷凝换热特性进行了实验研究和理论分析。设定饱和温度为35℃和40℃,对四种混合工质在不同干度下的冷凝换热系数进行了测试,发现四种混合工质的冷凝换热系数在1~8 kW·m~(-2)·K~(-1)之间,且冷凝换热系数随饱和温度升高而降低,随质量流量增加而增加;比较了相同工况、不同混合比下的混合工质换热系数,发现混合工质的传热恶化现象随着面积质量流量减小而变得明显。本文将实验得到的冷凝换热系数408个实验数据与8个模型的预测结果进行了比较,发现多数关联式的预测误差较大,仅有Fuji-Nagata关联式的预测值与实验值较为接近。     

带膨胀机的HFC134a与HFO1234yf制冷系统分析

对带膨胀机的R134a与R1234yf制冷系统进行理论分析,并与不带膨胀机的系统进行比较。研究表明:HFC134a的排气温度明显高于HFO1234yf,HFC134a的排气温度随着蒸发温度的升高而降低,HFO1234yf的排气温度随着蒸发温度的升高而升高;HFC134a与HFO1234yf的单位制冷量都是随着蒸发温度的升高而增大,但HFC134a的单位制冷量明显高于HFO1234yf,其平均高于HFO1234yf约34.9kW/kg;HFO1234yf压缩机输入功率明显高于HFC134a,HFC134a的系统COP高于HFO1234yf的系统COP,且二者都是随着蒸发温度的升高而升高。在制冷系统中加入膨胀机后,对HFC134a产生了显著的影响,在蒸发温度-10℃时变化最为明显,其单位制冷量增大32%,压缩机输入功率降低12.1%,系统COP降低19.8%,膨胀机的加入并没有影响HFO1234yf系统,其各项参数均未发生明显变化。在HFO1234yf制冷系统中应用膨胀机的效果逊于HFC134a制冷系统。     

L20在家用空调器中替代R22的理论分析北大核心

L20制冷剂是基于HFO制冷剂R1234ze(E)开发出的新型低GWP非共沸制冷剂,用于替代R22。其组成成分为R32、R152a和R1234ze(E),ODP值为0,GWP值为295。对其热物理性质、制冷循环理论计算以及替代R22时CO2减排率进行了分析。结果表明,除了有较大的滑移温度以外,L20和R22有相似的饱和蒸气压力-温度曲线,其导热系数高于R22;在空调标准工况下其单位质量制冷量为R22的115%,单位容积制冷量与R22的基本一致;压缩机排气温度比R22低2.2℃。在替代R22时,可减少86%的CO2排放量。     

L20在家用空调器中替代R22的理论分析

L20制冷剂是基于HFO制冷剂R1234ze(E)开发出的新型低GWP非共沸制冷剂,用于替代R22。其组成成分为R32、R152a和R1234ze(E),ODP值为0,GWP值为295。对其热物理性质、制冷循环理论计算以及替代R22时CO2减排率进行了分析。结果表明,除了有较大的滑移温度以外,L20和R22有相似的饱和蒸气压力-温度曲线,其导热系数高于R22;在空调标准工况下其单位质量制冷量为R22的115%,单位容积制冷量与R22的基本一致;压缩机排气温度比R22低2.2℃。在替代R22时,可减少86%的CO2排放量。     

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。     

HFC134a与HFO1234yf用于汽车空调的理论分析

对HFC134a和HFO1234yf应用于汽车空调进行了理论分析,研究表明:HFC134a的排气温度明显高于HFO1234yf,HFC134a的排气温度随着蒸发温度的升高而降低,HFO1234yf的排气温度随着蒸发温度的升高而升高;HFC134a与HFO1234yf的单位制冷量都是随着蒸发温度的升高而增大,但HFC134a的单位制冷量明显高于HFO1234yf,其平均高于HFO1234yf约34.9kW/kg;HFO1234yf压缩机输入功率明显高于HFC134a;HFC134a的系统COP高于HFO1234yf的系统COP,且二者都是随着蒸发温度的升高而升高,蒸发温度为-10℃时,其系统COP分别为3.739和3.493,蒸发温度为18℃时,其系统COP分别为9.6和9.36。     

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。     

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。     

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。     

HFC32+HFC227ea/DMF吸收式制冷循环热力性能分析

综合考虑工质热力学性质及环境友好性等多方面因素,提出将非共沸混和制冷剂HFC32+HFC227ea替代HCFC22用于吸收式制冷系统。用UNIEAC模型确定组分活度系数,在质量守恒、能量守恒及相平衡原理基础上,对HFC32+HFC227ea/DMF新型吸收式制冷循环性能随工况的变化进行了理论分析,并与HCFC22/DMF循环进行比对。结果表明,当HFC32和HFC227ea以适当比例混合用于吸收式制冷循环时,完全能达到HCFC22所能达到的性能。     

边界条件对非共沸混合工质有机朗肯循环的影响

有机朗肯循环是利用低温热源的有效措施之一,将非共沸混合工质应用于有机朗肯循环尚存在争论。从热力学角度研究了非共沸混合工质的选择与边界条件之间的关系,以典型的对称型混合工质R601a/R600和非对称型混合工质R245fa/R600a为例,以带内置热交换器的有机朗肯循环为研究对象,以系统净功最大化为目标,分析了冷凝泡点温度和冷却水温升固定时混合工质的最佳浓度及系统性能。研究结果表明不同边界条件的应用对非共沸混合工质的选择具有重大影响。当固定的冷凝泡点温度被采用时,非共沸混合工质的温度滑移现象会降低系统净功,当冷却水温升固定时,温度滑移的适当提高有利于系统净功的增加,但过高的温度滑移会降低系统净功。冷凝泡点温度等于冷却水初温和冷凝器节点温差之和时所对应的净功曲线对系统设计具备指导意义。     

R1234ze(E)/[HMIM][TfO]吸收式制冷系统热力学性能的研究

本文测量了293～343 K、0.078～0.631 MPa范围内R1234ze(E)在1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([HMIM][TfO])中的溶解度,并利用NRTL方程对实验结果进行了关联.模拟分析了以R1234ze(E)/[HMIM][TfO]为工质对的单级吸收式制冷循环的热力学性能.结果表明:1)当系统不带回热换热器时,较高的蒸发温度、循环倍率和较低的吸收温度有助于提高制冷系数;2)当系统带理想回热换热器时,溶液循环倍率的变化对制冷系数没有明显影响,较高的吸收和蒸发温度有助于提高制冷系数.     

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。     

HFC/HC混合工质共沸点的推算

HFC/HC混合工质的气液性平衡实验研究结果表明,该类型混合工质大多存在共沸现象。根据形成共沸点的热力学条件,以PR状态方程结合vdW混合法则,利用建立的二元相互作用系数k_ij差值关联模型,对10种HFCs工质（HFC23、HFC32、HFC125、HFC143a、HFC134a、HFC152a、HFC227ea、HFC236fa、HFC236ea、HFC245fa）与3种HCs工质（HC290、HC600a、HC600）相互组合而成的30种HFC/HC混合工质进行了共沸点判断和共沸点性质推算,并与已有气液相平衡实验数据的体系进行对比。结果表明该方法可用于推算HFC/HC混合工质共沸点性质。     

三种高温热泵混合工质的理论研究

针对双热源热泵系统,理论分析了三种混合工质R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270随R245fa质量分数变化时的系统热力学性能。结果表明:混合工质在特定配比时,系统热力学性能明显优于上述任一种纯工质。出口水温为80℃时,R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270分别在R245fa质量分数为0.64、0.7和0.88时系统COP取得最大值,其值相应为4.74、4.68和5.15。三种混合工质中R245fa/RC270(0.88/0.12)的性能最高,与纯工质R152a相比,COF提高了约20%,产生单位质量热水的耗功降低了16.6%,并且压缩机排气温度和排气压力大幅降低。利用T-Q图分析了蒸发器和冷凝器中冷热流体间的温度匹配特性,发现采用混合工质后换热器中冷热流体的温度匹配性能明显变好,其中R245fa/RC270(0.88/0.12)温度匹配最佳。     

中间温度对混合工质双级分离式喷射制冷循环特性影响研究

提出了一种低品位热驱动的混合工质双级分离式喷射制冷循环,将混合工质两级分凝分离原理引入喷射制冷循环,大大降低系统压比,实现在喷射制冷中获得较低的制冷温度的同时保证系统有较高制冷效率。建立组成循环各部件热力学数学模型,在系统稳定运行的条件下,分析中间温度对循环主流率、最低蒸发温度、喷射系数和系统性能系数的影响,并得到不同冷凝温度下系统性能系数随中间温度的变化规律。研究表明:新循环采用混合工质R600/R290可获得低于-20℃的制冷温度,中间温度对新循环的工作性能影响显著,合理选择中间温度有利于使该循环获得最低制冷温度和最高制冷效率。     

二元环保型混合工质一次分凝循环性能优化

应用定循环运行压比优化方法,对采用环保型二元混合工质的单级压缩一次分凝循环,进行了-60℃温度位的循环性能数值优化。计算结果表明,影响循环COP的因素有混合工质成分(工质组元、工质浓度)和循环压力位(循环低压和循环压比),必须综合考虑进行优化。不可燃混合工质R23/R134a、R23/R227ea和R23/R236ea中,R23摩尔浓度为0.55和0.6的R23/R236ea循环在压比为7和10时,分别有最大的COP;自然混合工质R170/R290、R170/R600a和R170/R600中,R170摩尔浓度为0.65和0.7的R170/R600循环在压比为7和10时,分别有最大的COP。     

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℃。     

一种HCFC-22新型替代制冷剂的实验研究

本文提出采用三元混合工质HFC—161/HFC-125/HFC-32作为HCFC-22替代制冷剂。在空气-水热泵实验台上对该工质及HCFC-22、 R407C进行对比实验,结果表明,在不改动任何系统部件的前提下,该新型制冷剂的COP值大于HCFC-22主要替代制冷剂R407C,在较高的进风温度或较低的进水温度下, COP值接近甚至大于HCFC-22。此外,该三元混合物还具有GWP值小、排气温度低、温度滑移小的优点,是HCFC-22一种有前途的替代物。     

低GWP的HCFCs替代制冷剂的可行性研究

阐述了目前HCFCs替代的形势、替代制冷剂和替代技术路线。从各个方面介绍了几种有潜力的单一替代制冷剂R32、R161、R1234yf和R1234ze等。并对将来替代制冷剂的发展进行分析,认为混合制冷剂是大势所趋。