R410a制冷剂性能参数的显式快速计算模型 Ⅱ. 过 热 区 方 程

在Martin-Hou方程的基础上,提出了R410a制冷剂在过热区（压力4~4 355 kPa,过热度0~100 K）的热力学性能参数和传输特性参数的计算模型,以REFPROP 7的数据源作为原始数据,在过热区范围内对R410a制冷剂的热力学性能参数进行拟合,并将该模型的计算结果与REFPROP 7数据源进行对比.结果表明,所提出的显式计算模型的平均误差小于1.24%,最大误差小于14.30%,计算速度比REFPROP 7提高了2~4个数量级.     

制冷剂热力性质的快速计算Ⅱ.典型工质计算公式

利用所提出的快速计算方法,以REFPROP 6.01的计算结果为数据源,对2种典型的制冷剂R134a和R410A的饱和区、过热区和两相区的热力性质在饱和温度分别为-60~80°C和-60~60°C,过热度均为0~65°C的数据范围内进行了拟合,给出了各个热力性质对应的显式快速计算公式,并将该快速计算公式与REFPROP 6.01相应公式的计算结果和计算速度作了比较.对比结果表明:R134a和R410A的快速计算公式的计算速度约分别为REFPROP 6.01的140倍和940倍;所有快速计算公式的计算平均偏差小于0.021%,最大偏差小于1.05%.     

制冷剂过冷区热力性质的快速计算

提出制冷剂过冷区热力性质的隐式拟合模型,给出了制冷剂过冷区热力性质的隐式拟合、显式计算方法.该方法能够保证制冷剂热力性质计算的可逆性,同时由于不存在迭代,保证了热力性质计算的高速性和绝对稳定性.以REFPROP 6.01的计算结果作为数据源,以环保工质R410A和R407C为例对该模型作了验证.计算与对比结果表明,应用所提出模型得到的快速计算公式的计算速度比REFPROP 6.01程序的计算速度提高了3个数量级,且能保证在常用的制冷空调工况范围内的最大计算偏差小于0.49%,而平均计算偏差小于0.09%.     

含临界区的制冷剂饱和热力性质的快速计算

通过引入简单的二次函数并采用分段拟合的方法，将现有的制冷剂R410A饱和区物性快速计算公式的有效范围扩展到临界区．以REFPROP6．01的计算结果为数据源，对R410A的饱和区热力特性在饱和温度为213．15～343．32K（临界温度）的数据范围内作了拟合，给出了各个热力特性对应的显式快速计算公式．对比所得到的快速计算公式与REFPROP 6．01相应公式的计算结果和计算速度表明，前者比后者的计算速度提高了3个数量级，扩展后的快速计算公式的计算平均偏差小于0．04％，最大偏差小于0．12％．     

制冷剂饱和热力性质的通用简化计算模型

制冷剂热力性质的简化计算是保证制冷空调系统仿真与优化计算的稳健性与快速性的关键之一.制冷剂热力性质简化计算模型的研究目标是函数形式上的通用性和较大参数范围内的准确性.提出了一种适用于制冷剂饱和热力性质的六系数通用简化计算模型,对多种常见制冷剂进行了数据拟合.在制冷空调工况范围内,与国际标准制冷剂物性计算软件REFPROP 9.0相比,该简化计算模型对各种饱和热力性质的最大计算误差均小于±0.6%,计算速度可以提高两个数量级以上.     

亚临界压力区CO2热力性质及传输特性的快速计算模型

提出CO2亚临界压力区具有统一形式的热力性质和传输特性的显式计算模型.由于模型为显式形式,不存在迭代,保证了热物理性质计算的高速性和绝对稳定性;同时,所有热物理性质的计算模型形式统一,便于系统仿真的调用.以REFPROP 7的计算结果作为数据源,对制冷剂环保替代中重要的自然工质CO2的热物理性质在压力为三相点压力至临界压力,过热度0～200 K、过冷度0～87 K的数据范围内进行拟合,并将该快速计算模型与REFPROP 7相应公式的计算结果和计算速度进行对比.结果表明,所有快速计算模型的总平均偏差小于0.156%,最大偏差小于10.43%;速度比REFPROP 7的计算速度提高了2～4个数量级.     

制冷剂HFC32/HFC125/HFC152a的热力学性能分析

针对制冷剂HCFC22的替代问题，提出了一种适用于家用空调的新型混合制冷剂HFC32／HFC125／HFC152a．在制冷剂热物性计算软件REFPROP7．0的基础上，开发了制冷剂热物性的计算程序并计算得到了制冷剂HFC32／HFC125／HFC152a的压焓图．通过新混合制冷剂与R407C、R410A、HCFC22等空调制冷剂性能的计算比较，发现新工质不仅容积制冷量接近HCFC22，可以实现灌注式替代，而且制冷系数高于现有的这些空调工质，可以提高节能效率．同时，新工质的臭氧衰减指数为0和温室指数接近于0，可满足环保要求，尽管属于微弱可燃物质，但可以保证安全运行，是一种潜在的理想替代制冷剂．     

基于Lattice-Boltzmann方法的混合制冷剂粘度计算

以R32与R125为对比制冷剂工质,用基于Lattice-Boltzmann方法的新算法计算了混合制冷剂R410A与R407C的动力粘度.分析了误差,探讨了提高计算精度的方法,提出要选用合适的对比工质,考虑不同组分之间受力等措施来提高精度.结果表明:在选用合适的对比工质后,R410A的平均计算误差5.2%,最大误差7.0%;R407C的平均计算误差5.5%,最大误差8.0%.计算结果说明该方法可以对混合制冷剂动力粘度进行有效计算.     

超临界CO2热力性质及迁移性质快速计算方法

提出超临界CO2热力性质及迁移性质的隐式拟合模型,给出了超临界CO2热力性质及迁移性质的隐式拟合、显式计算方法.该方法能够保证超临界区热力性质计算的可逆性、高速性和绝对稳定性.以REFPROP 7的计算结果作为数据源,对超临界CO2热力性质及迁移性质在温度304.13～393.15 K,压力7.377～12.0 MPa作了隐式拟合,给出了各个热力性质及迁移性质对应的显式快速计算公式,其计算速度比REFPROP 7程序的计算速度平均提高了2个数量级,并且平均误差在1.8%以内.     

R410A空调器空泡系数模型适用性的实验验证

为了找到适用于R410A空调器两相制冷剂质量计算的空泡系数公式,提出了一种可以方便地测量换热器中制冷剂质量的准在线液氮称重法(QOMM),检验了该方法的测量精度,并建立实验台测量了不同空调工况下空调器换热器中的制冷剂量.基于所测制冷剂质量,验证了11种两相流体空泡系数模型对于R410A空调器的适用性.结果表明,QOMM具有较高的测量精度,R410A空调器制冷工况下空泡系数公式宜采用Hughmark模型,而热泵工况下宜采用Premoli模型.     

R410A充注量对直膨式太阳能热泵热水器性能的影响

基于太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集总参数模型和系统制冷剂充注量模型,编制了以R410A为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.在集热器出口过热度维持不变的条件下,计算了不同充注量下系统热性能参数,分析了充注量变化对系统热性能的影响特性.结果表明：随着制冷剂充注量的不断增加,蒸发压力和加热时间逐渐减小,压缩机瞬时功率和集热器集热效率逐渐增大;而且,制冷剂充注量的变化对冷凝压力和系统性能系数(COP)的影响很小.     

以R410A为工质的空调换热器性能仿真与实验

通过建立分布参数模型,研究了以R410A为工质的空调换热器在不同运行工况下的换热性能.与实际R410A房间空调换热器性能测试结果进行对比,评估了8种R410A蒸发和冷凝关联式,并对R410A在7.0 mm管径强化管内的换热性能进行了研究.结果表明,在相同制冷剂质流通量条件下,R410A采用7.0 mm强化管后比R22采用9.52 mm强化管的蒸发换热量和冷凝换热量分别提高9.32%~16.32%和8.05%~15.63%,而换热器盘管设计长度可减小2%~15.86%.     

混合制冷剂R134a/R600a与矿物油互溶性的实验研究

对混合制冷剂R134a/R600a与矿物油组成的混合物,在气-液相平衡时的温度和压力进行了测量.在R600a的质量分数为8.7%～28.6%的范围内,对R134a/R600a组成的混合制冷剂与矿物油的互溶性进行了实验研究,得到了当矿物油与制冷剂完全溶解时,混合制冷剂/油的饱和温度-压力曲线.实验结果表明:矿物油在混合制冷剂中的溶解度只与它和R600a的质量比有关.随着矿物油与R600a质量比的增加,临界互溶温度逐渐上升;与无矿物油的混合制冷剂相比,矿物油与混合制冷剂互溶后,其饱和压力有所下降.     

绝热毛细管中制冷剂流动特性的-阶积分模型

制冷剂在绝热毛细管内的流动因存在汽液两相流而较为复杂．本文通过引入两相流区压力和比容之间的一阶近似式,获得该问题的一阶近似积分解．在常见的制冷空调工况范围内,以制冷剂CFC-12、HFC-134a和HC-600a为工质,对该模型与分布参数模型进行了对比;同时也与实验数据进行了对比．结果表明与分布参数模型的平均偏差小于1％,与实验数据亦较好吻合;计算速度较分布参数模型提高了一个数量级以上．     

绝热毛细管中制冷剂流动特性的一阶积分模型

制冷剂在绝热毛细管内的流动因存在汽液两相流而较为复杂．本通过引入两相流区压力和比容之间的一阶近似式,获得该问题的一阶近似积分解．在常见的制冷空调工况范围内,以制冷剂CFC-12、HFC-134a和HC-600a为工质,对该模型与分布参数模型进行了对比;同时也与实验数据进行了对比．结果表明：与分布参数模型的平均偏差小于1％,与实验数据亦较好吻合;计算速度较分布参数模型提高了一个数量级以上。     

混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式

基于作者以前研究得到的三元非共沸混合制冷剂R417A在水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中流动沸腾换热的实验结果,应用R417A在光滑管内的实验数据对Kattan模型进行修正,并通过在修正-Kattan模型中引入强化因子,发展了一个混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式.计算结果与实验结果比较表明:该关系式能很好地预测混合制冷剂在不同的内螺纹管中流动沸腾时的换热系数,当干度小于80%时,预测偏差基本集中在±30%的范围之内.     

R410A和R407C热力性质简化计算

采用隐式三次多项式拟合了R22主要替代工质R410A和R407C的热力性质,给出了形式统一的制冷剂热力性质简化模型,分析了隐式拟合过程中出现的分岔问题并提出了解决方法,从而进一步完善了模型的一致性和稳定性,与参考模型比较,该模型在饱和区的相对误差绝对值的最大值为0．19％,平均误差为0．07％,在过热区的相对误差绝对值的最大值为0．61％,平均误差为0．18％,计算速度平均提高一个数量级,适用于基于计算机辅助设计的产品设计和优化计算。     

采用PR方程的液相制冷剂摩擦理论黏度模型

在对14种制冷剂(R152a、R123、R141b、R11、R12、R125、R22、R32、R143a、R227ea、R236ea、R236fa、R245ca、R245fa)的液相黏度实验数据进行收集的基础上,将摩擦理论与工程上常用的PR方程相结合,建立了这14种制冷剂的液相黏度模型,并通过最小二乘法回归得到了模型中的各系数.结果表明,在拟合范围内,这14种制冷剂的稀薄气体黏度计算值与文献值的绝对平均偏差在1%以内,各制冷剂液相黏度计算值与实验值的绝对平均偏差在0.31%～1.92%之间,能够满足实际工程需要.     

小管径强化管内R410A-油混合物流动沸腾阻力特性

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在5 mm小管径内螺纹强化管内流动沸腾的摩擦压降特性.实验结果表明,对于纯制冷剂R410A,摩擦压降随着干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7~0.8左右;R410A-油混合物的摩擦压降随油平均质量分数、干度和质流密度的增大而增大,当油平均质量分数从0增长到5%时,在干度为0.9的高干度工况下,摩擦压降最大可增加120%.R410A-油混合物在5 mm强化管内流动沸腾的摩擦压降与7 mm强化管的相比约增大10%~30%;用已有的7 mm强化管的压降关联式预测5 mm强化管的压降时,误差为±40%.以R410A-油混合物在7和5 mm强化管内摩擦压降的实验值为基础,建立了基于混合物物性的R410A-油混合物在不同管径强化管内的摩擦压降关联式.该关联式的预测值与95%的实验值误差在±20%以内.     

过冷度对喷嘴效率影响的测试研究

为研究流体过冷度对喷嘴工作性能的影响,研制了两相流体混合速度的测试装置.基于动量定理,测定两相流体的质量流量和冲击力,从而得到质量平均的流体混合速度.利用R410A制冷系统实验台,实验研究了制冷剂过冷度对喷嘴出口流体混合速度及喷嘴能量转化效率的影响.实验表明:随着入口制冷剂过冷度的提高,喷嘴的通过质量流量逐渐增加;同时,制冷剂过冷度的提高使喷嘴出口流体混合速度及喷嘴转化效率明显下降;在实验工况下,喷嘴进口为饱和制冷剂时,2#喷嘴出口制冷剂混合速度达到了94.1 m/s,喷嘴转化效率为64.1%;当制冷剂过冷度由饱和状态增至11℃时,2#喷嘴出口流体的混合速度降低35.7%,喷嘴转化效率降低33.9%.