新型环保制冷剂系统性能研究

为得到制冷系统不同参数以及回热器对新型环保制冷剂R1234yf,R1234ze,R152a,R448A,R290,R600a系统性能的影响,基于VapCyc建立有/无回热器两套仿真模型,并且通过试验验证了模型的正确性.仿真得到了分别选用上述6种制冷剂时,系统制冷量及制冷系数COP随过热度、环境温度、压缩机转速、冷凝器侧风量、蒸发器侧风量的变化规律.结果表明: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;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;相同工况下,制冷量的大小顺序为R448A, R290, R152a,R1234yf, R1234ze,R600a,COP大小顺序为R600a,R1234ze, R152a,R1234yf,R290, R448A;对于上述6种制冷剂系统,增加回热器对系统性能均是有益的,且系统制冷量及COP平均提高了10%,6%左右,并且对R600a系统性能提高最为有利.     

丙烷滚动活塞压缩机指示图测量与性能分析

为了研究制冷剂丙烷(R290)热物理性质对全封闭滚动活塞压缩机内部热物理过程及热力损失分布的影响,在高效工况下,分别利用制冷剂R22和R290对全封闭滚动活塞压缩机进行了内部动态压力测量和性能实验,并提出了一种分析滚动活塞压缩机指示图的新方法。所提方法将余隙容积内高压气体再膨胀损失分为余隙容积气体的充压损失和余隙容积气体的回流损失,从而将指示图分为7个部分。结果表明:R290替代R22后,制冷量、指示功率与输入电功率均有所下降,容积效率略有下降,指示效率和性能系数略有上升,压缩与排气过程中未出现高频压力脉动;排气压力损失有所下降,吸气和压缩过程热损失增加,二者的余隙容积损失接近。该结果可为研究R290房间空调器及压缩机提供参考。     

R134a和R407c对热泵空调系统性能的影响

为了比较R134a和R407c两种制冷剂对热泵空调系统性能的影响,对热泵空调系统分别充注以上两种制冷剂,在焓差实验室分别测试它们在蒸发温度(-25~15℃)、冷凝温度(30~70℃)下的排气温度、制冷量、制热量、输入功率和COP。通过试验结果分析得出:蒸发温度对制冷量和制热量的影响大,冷凝温度对压缩机输入功率影响大;空调冬季供热时,R407c的平均COP比R134a高27.6%;空调夏季制冷时,R134a的平均COP比R407c高4.3%。因此,空调系统在低温环境运行时应选择R407c,而空调系统在高温环境运行时则选择R134a。     

丙烷和丙烯用于低温冷柜的性能和充灌量研究

为了解决目前应用于低温冷柜的制冷剂R22、R404A等的环保问题,将天然工质HCs(碳氢化合物)应用于低温冷柜以替代上述传统的低温制冷剂.编写了制冷剂循环性能程序,比较了HCs和R22等在低温工况下的热力学循环性能.根据欧盟标准EN-378中对HCs充灌量的要求,建立了相应的冷柜充灌量计算模型,计算比较了R1270(丙烯)、R290(丙烷)和R22的理论充灌量.结果表明:R1270和R290的压力比、排气温度等比R22要低,系统的性能系数比R502、R507A、R404A要高,综合性能要好于R22、R502、R507A、R404A;R1270和R290在某冷柜中的最优充灌量分别为130 g和110 g,远小于R22的220 g,符合欧盟标准的安全要求.     

以R1234yf为替代工质的喷射制冷循环特性

R134a作为喷射制冷循环的工质可获得较高循环性能,但因其具有较高全球变暖潜能值(global warming potential,GWP),所以将逐步被限制使用或被新型绿色环保制冷剂所替代。本文提出以低GWP值的R1234yf作为喷射制冷循环工质,建立了喷射制冷循环热力学数学模型。分析了以R1234yf、R134a和R600a为工质的喷射制冷循环喷射器的喷射因数、制冷量和性能因数随着蒸发温度、冷凝温度和发生器出口温度的变化关系。研究结果表明:相同的工况下,采用R1234yf为工质喷射制冷循环可获得最高喷射器喷射因数和最大制冷量,但以R1234yf为工质喷射制冷循环所获得性能因数(coefficient of performance,COP)较R134a低7.0%,比R600a高20.2%。综合评价认为:R1234yf为工质的喷射制冷循环性能优于R600a,且与采用R134a为工质的喷射制冷循环性能相当。     

自复叠制冷循环双温冰箱设计的理论研究

为了给冰箱提供不同的闻室温度来满足储存要求,将采用非共沸混合制冷剂的自复叠制冷循环应用于双温冰箱系统,研究了两间室蒸发器出口温度、冷凝器出口温度、冷藏室与冷冻室制冷量比例及冷凝蒸发器高压侧出口过冷度的变化对冰箱系统优化设计的影响.结果表明:系统性能系数随着冷藏室和冷冻室蒸发器出口温度的降低、冷凝器出口温度的升高而减小;提高两间室制冷量的比例可增大性能系数,但压缩机耗功和压力比也同时增大;增大冷凝蒸发器高压端出口侧制冷剂的过冷度可以减小压缩机耗功,提高系统性能系数.研究结果对于自复叠双温冰箱的实际推广提供了参考.     

HCs在空调系统中替代HCFC22研究

进行了以碳氢化合物（HCs）在空调系统中替代HCFC22的理论循环分析和循环性能实验研究，结果表明自然工质HC1270（C3H6，丙烯）、HC290（C3H8，丙烷）、HC1270／HC290的制冷量、性能系数和压缩机排气渡等循环性能指标均优于HCFC22。     

船用二氧化碳制冷装置形式及制冷剂

介绍了船用制冷系统的基本形式以及船用制冷剂的发展与选择，确定船用CO2制冷装置应采取跨临界循环形式．与常用氟利昂类制冷工质的主要性能指标进行对比，认为CO2将是最具有竞争力的替代制冷剂．针对CO2物性变化特点，重新界定了临界区域．分析了回热和CO2热物性对COP的影响，并结合船舶特殊的运行环境，对制冷系统的设计提出了若干建议，分析结果和建议对于天然替代制冷剂在船舶上的应用具有重要参考价值。     

不可逆回热式磁Brayton循环制冷性能的理论及数值研究

基于统计理论推导的铁磁材料的磁热参数,建立了不可逆回热式磁Brayton循环数学模型.对于顺磁材料作工质的情形,获得了循环放热量QH、制冷量QC、回热量及性能系数δCOP的表达式的解析解.以铁磁材料钆作工质为例,数值研究了循环室温区的制冷性能,考察了归一化温度α、回热不平衡量QR及磁化过程不可逆度η对循环有效制冷量Qeff,C及δCOP的影响,并获得了不同外部磁场H1条件下循环最大温跨δT,max.数值结果显示:Qeff,C随α的增加而增加;当α≥0.6或QR≥0时,循环均能获得良好的制冷性能;磁化过程的不可逆因素会使得δCOP迅速下降.     

二次冷媒无霜电冰箱的理论分析

为了降低无霜冰箱采用可燃性制冷剂燃烧爆炸的危险性，提出了“二次冷媒无霜电冰箱”．对于该型式的电冰箱，箱内空气只与二次冷媒进行热交换，与可燃性制冷剂不直接接触，因此，大大降低了电冰箱采用可燃性制冷剂燃烧爆炸的危险性．同时，二次冷媒电冰箱可以很容易地采用大滑移温差的非共沸制冷制，大大提高了系统的制冷系数(COP)．对二次冷媒冰箱采用R32／R600a(0．35：0．65)、R22／R123(0．45：0．55)、R32／R600(0．40：0．60)、R170／R600a(0．08：0．92)、R32／R245fa(0．40：0．60)、R290／R123(0．40：0．60)等混合工质(上述混合工质均为质量比)的理论循环计算表明，其COP比传统无霜冰箱采用R134a的COP提高10％以上．     

R600a/CO2一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环的性能研究

基于天然工质应用于自复叠制冷循环的研究，对一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环进行了理论分析，讨论了使用天然工质R600a／CO2作为非共沸制冷剂时制冷剂的配比、冷凝温度、蒸发温度和冷凝蒸发器冷凝侧出口过冷度对2种循环系统性能的影响．结果表明：2种循环均存在最佳的制冷剂配比，其中二级分凝循环还存在最佳中间温度；在一定的冷凝温度和蒸发温度下，二级分凝自复叠制冷循环与一级分凝自复叠制冷循环相比，性能系数大，单位质量制冷量大，压力比高；随着冷凝温度和蒸发温度的升高，二级分凝循环的性能系数提高得更多．     

涡旋制冷压缩机外部冷却的研究

为具有外冷结构的涡旋制冷压缩机的工作过程建立了热力学模型,并研制了实验室样机,该压缩机的冷却结构可以深入到样机内部,其冷却效果更好.在搭建的相关冷却水循环回路中对无水冷和不同进口水温下的性能参数进行了测试,结果表明:相对于无水冷的工况,当进口水温为25℃时,输入功和排气温度分别降低了11.9%和36%,制冷量和容积效率分别提高了11%和12.7%,系统的制冷系数COP提高了26.2%;对于有水冷的工况,当进水温度从55℃降低到15℃时,系统的COP约提高1.5%,排气温度从86℃降低到64℃,降低了22℃,水和压缩机的换热量从1 261W升高到2 507W,提高了1 246W.模拟结果与实验结果吻合良好.     

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．     

基于新型制冷剂R1234yf的汽车空调制冷系统的性能分析

采用逆卡诺循环对汽车空调新型制冷剂R1234yf替代R134a的制冷系统进行了性能分析,研究表明:R1234yf可以直接替代R134a制冷剂,不需做重新设计及大的调整;在汽车空调常规运行状态下,R1234yf相对R134a制冷系统,具有系统运行压力低、压缩机排气温度低、压缩比小的优点和COP小、压缩机功率大的缺点;在冷凝温度为50℃,蒸发温度在0~18℃,R1234yf相对R134a制冷剂,COP低4.3%~6.9%;压缩机功率P高4.2%~6.4%。     

不同跨临界二氧化碳制冷循环的性能比较

建立了CO2制冷循环各个部件的稳态仿真模型，对6种不同的跨临界CO2制冷循环进行了稳态仿真，衡量了吸气回热、回收膨胀功以及二级压缩等方式对系统性能的影响．结果表明，采用二级压缩并回收膨胀功可以大大提高系统的性能；只采用两级压缩而不回收膨胀功，对系统的性能并没有明显的改善；单级压缩时如果系统中带有膨胀机，采用吸气热交换器可以提高制冷量，但对性能系数(COP)值的影响不大；单级压缩不回收膨胀功时，采用吸气热交换器可以大大提高系统的制冷量和COP。     

R290用于大型冷水机组的实验研究与可行性分析

在绿色环保替代工质的研究方面，由于其优越的热物性和无可比拟的环保优势，各类HCs类制冷工质正引起越来越多学者的注意。笔者在充分论证的基础上，首次将HCs类工质R290应用于大型螺杆机组进行试验。试验结果表明，采用R290时的能效比（EER）与R22时的相当，可见R290完全能够作为R22的直接替代工质。如果针对R290的可燃性对机组做少许的改动，则采用R290的大型制冷系统可望推向市场，带来巨大的经济效益和社会效益。     

空气/水混合工质制冷循环理论计算

介绍一种混合工质制冷循环,以空气和水两种自然物质的混合物为工质,实现绝佳的环保性能.水的相变改善了空气的压缩和膨胀过程,同时又增加了制冷量,使循环具有很高的经济性.对循环进行了简单的热力分析,并在不同的给定条件下,对各点的状态参数和循环性能参数进行了理论计算.结果表明,在膨胀功充分利用的前提下,环保制冷循环的制冷系数COP=6~7.     

室外换热器流路布置对热泵空调器的性能影响分析

在压缩机、毛细管、室内换热器及室外换热器的几何结构尺寸均相同的情况下,对室外换热器的流路布置进行了优化.实验结果袁明:室外换热器作冷凝器时采用逆交叉流,作蒸发器时采用顺交叉流,这样能够提高换热器和热泵系统的性能,使得热泵空调的制冷和制热循环压缩机功率分别降低3.81%和5.46%,制冷量和制热量分别增加2.73%和2.78%.使制冷能效比EER提升6.82%,制热能效比COP提升8.73%.数值比较结果表明:优化后的流路布置可增大换热器各支路后半部分的传热温差和传热系数,从而提高了换热器的性能.     

动磁式直线压缩机对制冷量与COP影响分析

制冷量和系统性能系数(COP)是评价直线压缩机性能的关键指标。为了提高制冷量和COP,研究了各参数对这2个指标的影响规律。通过数值求解直线压缩机数学模型,得到了动磁式直线压缩机的启动特性以及制冷量和COP随各参数变化情况。由计算结果可以发现,动磁式直线压缩机的线圈电阻、摩擦阻尼、动子质量、弹性系数以及磁力系数等对压缩机运行均有比较大的影响。对制冷量及COP来说,磁力系数并非越大越好,制冷量与COP之间在频率上存在不匹配的特点。计算结果为动磁式直线压缩机的设计和制冷量的调节提供了参考。     

制冷系统设计计算中的一些经验计算公式

本文对制冷系统设计计算中一些特性指标拟合出经验计算公式，它们分别为常用制冷剂的单位容积制冷量、制冷量换算系数，压缩机输气系数及指示效率等．在制冷系统优化设计数值计算中，应用这些经验公式替代演译的算式，可以在保证计算精度的前提下简化程序、节约内存，以及加速寻优数值计算过程。