新型环保制冷剂R1234yf,R1234ze,R152a,R448A,R290 和R600a
哥斯拉哥总
2022年05月25日 10:01:14
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                 本文我们将基于

     
    
      本文我们将基于 VapCyc 蒸发循环仿真软件,计算不同工况下,新型环保制冷剂R 1234yf ,R 1234ze ,R 152a ,R 448A ,R 290 和R 600a 的系统循环性能,并对比分析回热器对不同制冷剂系统的性能影响。


 
    
1、模型建立及验证    
  
VapCyc 是一款蒸发循环制冷系统稳态仿真软件,在系统四大部件遵守质量守恒定律和能量守恒定律、系统在稳态下工作等假设条件下,计算出系统在不同条件下的性能参数。
 
1 1 参数设置  
系统循环参数如下 : 蒸发温度 7.2 ; 冷凝温度 54.4 ; 过热度 15 ; 过冷度 5 .空气参数参考 GB/T 21361 2008 《汽车用空调器》以及 GB 7725 2004 《房间空气调节器》技术要求,设置如表 1 所示.
 


为减轻蒸发器、冷凝器质量,降低系统代偿损失,两器均选用铝制微通道换热器.且限于直升机安装尺寸,同时为满足换热要求,冷凝器设计为 4 层。具体参数设置如表 2 所示。
 


选用涡旋式压缩机,参数设置 : 容积 34 mL ; 容积系数 0.95; 转速 3 000 r · min 1; 绝热效率 0.65; 机械效率 0.95 节流装置类型为热力膨胀阀,其当量直径为 1.1 mm
 
1. 2 试验验证  
为验证模型的正确性,搭建如图 1 实验台,试验系统中各部件结构参数以及试验环境条件均与上节设置相同。
 


由于试验压缩机对制冷剂种类具有匹配性,仅对R 407C 制冷剂,在不同压缩机转速下进行了多组试验. 测量得到冷凝器入口风量、进出口风温,以及压缩机电流,通过计算得到冷凝器侧换热量、压缩机耗功,进一步可知系统制冷量及 COP 利用仿真模型重复各组试验,将试验结果与仿真计算结果对比,如图 2 3 所示。


由图可以看出仿真结果与试验值的误差基本都在 10% 以内。
      
2、仿真结果及分析    
  
基于上述参数设置,建立有 / 无回热器 2 套计算模型。计算R 1234yf ,R 1234ze ,R 152a ,R 448A ,R 290 600a 6 种制冷剂在不同的过热度、环境温度、压缩机转速、冷凝器侧风量、蒸发器侧风量下的系统制冷量及 COP
 
2. 1 过热度  
系统制冷量随过热度的变化关系如图 4 所示,由图可知,无回热器时,制冷量均随过热度的增加而减小 ; 增加回热器对提升制冷量是有益的,制冷量随过热度的变化较平缓且呈先增加后减小的趋势.过热度相同时,制冷量大小依次为 448A ,R 290 ,R 152a ,R 1234yf ,R 1234ze ,R 600a
 


COP 随过热度的变化关系如图 5 所示,无回热器时, COP 随过热度的增加而减小 ; 增加回热器可以提高 COP 值,且过热度越大,增加越明显.相同的过热度下, COP 大小关系为R 600a ,R 1234ze ,R 152a ,R 1234yf ,R 290 ,R 448A

 
2. 2 外界环境温度   

6 为制冷量随环境温度的变化关系,可以看出,不同制冷剂系统制冷量均随环境温度的增加呈近似线性减小的趋势 ; 增设回热器后,制冷量平均增加 11.5% 。这是由于环境温度增加,即冷凝器侧进口风温增加后,冷凝器换热温差变小,换热量减少,导致蒸发器入口焓值增大、制冷量降低。回热器可以进一步对冷凝器出口制冷剂降温,使制冷剂在蒸发器中可以吸收更多的热量,从而提高制冷量。
 


COP 随环境温度的变化如图 7 所示,环境温度升高后, COP 降低且变化趋势逐渐变缓.增加回热器使得 COP 平均提高 6.56%

 
2. 3 压缩机转速   

制冷量随压缩机转速的变化如图 8 所示。

由图 8 可知,制冷量随压缩机转速的升高而增加,在回热系统中,制冷量约提升 9.69%

9 COP 随压缩机转速的变化关系,随着压缩机转速的增加,系统 COP 逐渐降低,且随着压缩机转速的增加,回热器对 COP 的提升逐渐减小。这是由于压缩机转速增大时,制冷剂流量增加,制冷量增大,但同时压缩机耗功也在增加,致使 COP 逐渐减小. 限于换热器及管道尺寸,当转速增大到一定值后, COP 及制冷量变化减缓。
 
压缩机设计转速对系统制冷剂和 COP 的影响作用相反,故今后在确定系统压缩机转速时,应综合考虑系统对制冷剂及 COP 的需求。
 
2. 4 冷凝器侧风量   

制冷量随冷凝器侧风量的变化如图 10 所示,制冷量随冷凝器侧风量的增加而变大,且增加趋势速率逐渐变小。


增设回热器后,制冷量平均提升了 11.46% 。冷凝器侧风量增大时,空气侧扰动增加,换热系数逐渐变大,但风量增加到一定程度后,换热系数升高趋势变慢,冷凝器侧换热量增加减缓,从而制冷量增加减缓. COP 随冷凝器侧风量的变化如图 11 所示,随着冷凝器侧风量的增加,系统效率逐渐升高。


回热系统约是一般系统 COP 1.06 倍。故在系统重量及电功率允许条件下,可通过增大冷凝器侧风量来改善循环系统性能。
 
2. 5 蒸发器侧风量   

制冷量随蒸发器侧风量的变化如图 12 所示,制冷量随蒸发器侧风量的增加而增大,且风量越大,回热对提高制冷量越有益。这是因为随着蒸发风量的不断升高,空气侧换热系数增加变缓,蒸发器换热量增量也逐渐减少,导致系统制冷量变化趋于平缓。


COP 随蒸发器侧风量的变化如图 13 所示,随着风量的增加,系统 COP 升高但趋势趋于平缓。且随着风量的增加,回热器对 COP 的提升越明显。


但当风量大于 800 m 3 · h 1 ,蒸发器侧风量对系统制冷量、 COP 的影响不再明显.故今后在设计蒸发制冷循环系统时,应合理确定蒸发器侧风量。
    
3、结论    
  
1) 制冷量随过热度、外界环境温度的升高而减小,随压缩机转速、冷凝器侧风量、蒸发器侧风量的增大而变大。
2) COP 随过热度、外界环境温度、冷凝器侧风量的增大而降低,随压缩机转速、蒸发器侧风量的增大而升高。
3) 相同工况下,制冷量大小顺序为R 448A ,R 290 ,R 152a ,R 1234yf ,R 1234ze ,R 600a COP 大小顺序为R 600a ,R 1234ze ,R 152a ,R 1234yf 290 ,R 448A
4) 对于 6 种制冷剂,增加回热器后,均能改善系统循环性能,且系统制冷量及 COP 平均提高了 10% 6% 左右,且对R 600a 系统最有利。
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