电动汽车热泵空调系统微通道换热器适应性研究

探讨管翅式换热器和多流程微通道换热器在同一电动汽车热泵空调系统中的性能差异,为电动汽车热泵空调系统中微通道设计和结霜控制的后续研究提供依据。试验比较在不同测试工况下采用微通道换热器和管翅式换热器的热泵型电动汽车空调系统的制冷特性及制热特性,结果表明:系统采用微通道换热器,车内外换热器体积分别减少57.6%和62.5%,有效减轻空调系统重量,有利于增加电动汽车续驶里程;制冷剂充注量减少26.5%,有利于降低温室效应。制冷工况下,系统制冷量和制冷系数分别降低4.1%～10.7%和1.7%～4.8%,说明将多流程微通道换热器应用于热泵系统还存技术难点,需要在微通道换热器流程设计、流量分配及压降等方面进行改进;制热工况下,系统制热量和制热性能系数分别降低1%～5%和4.2%～9.7%,但单位面积制热量提高16.7%～21.0%,当室外温度低于7℃时,室外侧微通道换热器出现严重结霜,极大影响系统的制热量和制热性能系数,需要进一步研究换热器结霜特性及融霜控制策略。     

小型制冷系统制冷剂充注量的试验研究

制冷剂充注量是制冷系统中影响系统性能的关键物理因素之一。在目前的仿真模型中,由于两相区有效面积计算和空泡系数模型选择的复杂性,很难对换热器中的制冷剂充注量进行准确的计算。本文使用快速关断技术(QCVT)试验测试方法,选用一台2k W小型热泵家用机(含有翅片管蒸发器和冷凝器)和一台25k W单冷轻型商用机(含有微通道冷凝器和翅片管蒸发器),在不同的系统运行工况下,对换热器中的制冷剂质量进行测试。试验结果表明,数据可靠性较好。制冷剂质量在系统中的分布与换热器的类型及内容积大小有很大关系,冷凝器内容积小的系统对工况变化的敏感度更高。测试结果对仿真模型的性能和空泡系数模型验证有指导意义。     

替代工质R32和R290的对比研究

依据GB/T7725—2004规定的试验工况,分别对应用R32和R290的空调系统进行性能测试。在理论分析的基础上,依据试验数据,对比分析两种替代制冷剂的优缺点及其系统的改进方法。结果表明:R32单位容积制冷量高出R290约87%左右,相同制冷量下R290系统应使用更大排量的压缩机。R32具有较高的排气温度,并且R32系统相比R290系统,压比高出约7%,系统整体的能效比低约3.7%。R290系统换热器的压降要小于R32,有助于提高系统性能。但其可燃性远远大于R32,在安全设计方面有着更高的花费,系统初期改造投入比较高。     

室外换热器可变流路设计及试验分析

为了确定制冷与制热模式下换热器的最优流路,建立了空调室外机的蒸发器/冷凝器仿真模型,并将换热器仿真模型耦合入系统仿真中,分析了不同流路对系统换热量及系统性能的影响,以确定换热器在制冷与制热模式下所对应的最优流路。结果表明,当分路数在5～20范围内变化时,在制冷模式下整机能力及性能随着分路数增大而减小,在制热模式下整机能力及性能随着分路数增大呈现先增加后减小的趋势;制冷模式下的优选分路数为5～7路,制热模式下的优选分路数为14～16路。在此基础上,通过单向阀与电磁阀设计了制冷/制热模式下室外机运行分路数为7路/14路的可变流路方案,试验测试结果表明,各测试工况下能效均有提升且全年能源消耗能效（APF）提高5.4%,超低温为-15℃时制热量提升6.0%,性能提升2.8%。本文研究结果可为换热器设计优化领域的研究人员提供参考。     

再循环蒸发器制冷系统的实验研究

基于热虹吸原理的再循环蒸发器,以增大制冷剂流速为主要的强化换热手段;从而改善蒸发器的换热,增大传热系数,提高效率.对不同工况下的再循环制冷系统作了性能实验研究,初步掌握了其工作特性.在低温工况下,再循环蒸发器比普通蒸发器有更佳的传热特性与传热效率,且不增加附加能耗.     

R404A在螺杆冷水机组中替代R22的性能试验研究

为研究HFCs非共沸混合制冷剂R404A(R125／R143a／R134a，44／52／4Wt％)替代R22的可行性和适用性，将：R404A充入LSLG16开启式螺杆冷水机组(原为R22)，并在不同工况下进行性能试验。试验结果表明，与R22螺杆冷水机组相比R404A机组的制冷量、消耗功率、冷凝器和蒸发器的传热系数均在不同程度上有所增加，COO略有下降。     

非共沸制冷剂对翅片式冷凝器和蒸发器传热性能的影响

分析了用非共沸混合制冷剂替代Ｒ１２后，凝结、蒸发过程中气液相界面传质阻力对翅片式冷凝器和蒸发器传热系数的影响；以具体冷凝器和蒸发器为例估算了传热系数降低的程度。     

不同制冷剂在空调冷凝器内换热性能的比较

通过建立空调换热器分布参数模型,并对模型进行了验证,进而对R22替代制冷剂R32、R410A、R407C和R290在翅片管冷凝器进行了研究,分析了不同迎面风温和风速下冷凝器的流动和传热规律。研究表明:在一定的条件下,无论增加迎面风温或风速,R407C单位面积换热量,压降和质量流量最大;R290和R32压降和循环质量流量均小于R22;R410A虽然压降较小,但循环流量大;R290循环质量流量较R22小40%左右,且R290换热温差较小,换热系数较高。     

R22、R410A、R32制冷系统性能的比较与少量吸气带液循环的应用

总结了R22、R410A以及R32的大量文献并分别比较了三者的循环性能,其中针对在我国广泛推广的R32制冷剂所面临的排气温度过高的问题做了综述,并由此搭建了以R32做制冷剂的变频滚动转子式水冷机组实验台,利用AHRI标准空调工况设计试验,旨在降低压缩机排气温度的同时,亦到达系统高性能系数。研究结果表明:(1)相比于R410A制冷剂,在我国成本更低、系统循环性能更优的R32将作为R22的长期替代制冷剂来进行更加广泛而深入的研究。(2)AHRI标准空调工况下,R32的COP变化速率最佳,排气温度最高,且R410A与R22分别只占R32排气温度的36.3%与55%,但可通过不增加成本的湿压缩方法大幅降低R32的排气温度。(3)本文所建立的R32转子式制冷系统实验台可通过控制压缩机吸气口干度的方式来解决压缩机排气温度过高的问题,同时通过大量试验数据能够得出最佳吸气带液量以优化系统性能。     

微通道换热器结露工况下换热特性及其影响的 试验研究

微通道换热器因体积小、制冷剂充注量少、换热效率高等优点,已被广泛应用到汽车空调和空调系统的冷凝器,但作为蒸发器使用时,会因换热器表面空气结露而影响换热性能。以微通道换热器为研究对象,分析在结露条件下,不同的入口空气湿度、风速和微通道换热器布置倾角等参数对微通道换热器的出口空气温度、空气侧压降、换热量和换热系数的影响程度,研究发现:空气入口湿度对微通道换热器出口空气温度影响较大,相对湿度提高10%,出口温度约提高1.3℃;迎面风速对换热器空气侧压降影响很大,风速从1.5 m/s提高到3.0 m/s,压降增加一倍以上,风速大小为2.5 m/s时,换热器换热效果最佳;换热器倾角较入口相对湿度和迎面风速对微通道换热性能影响较小。     

R410a和R22平行流冷凝器变工况特性的比较

对比研究了分别采用R22及其替代工质R410a的平行流冷凝器在室外变工况下性能的同异。通过建立平行流冷凝器的稳态分布参数模型,仿真研究了不同冷凝温度下R410a和R22的变工况特性,并引入质能比的概念对这两种工质的单位换热量所需制冷剂质量的多少进行了比较。仿真结果是R410a和R22的换热量、制冷剂侧压降和制冷剂质量随工况和冷凝温度的改变具有的相似的变化趋势,且R410a具有较高的换热量和较低的压降;两者的质能比随进风温度和进风量的升高均呈基本一致的向上抛物线的变化趋势,且R410的质能比低于R22。可以得出R410a与R22具有相似的变工况特性,适合替代R22应用于采用平行流冷凝器的汽车空调。并且R410a在传热、流动性能和降低制冷剂充注量方面均优于R22。     

Effects of saturation temperature variation due to pressure drop of working fluid in heat exchanger on heat transfer performance

The effect of the saturation temperature drop on the heat transfer performance of a heat exchanger was analyzed under air-conditioner condensing condition, air-conditioner evaporating condition, and refrigerator evaporating condition. The thermodynamic analysis results show that the heat transfer capacity due to the pressure drop of the saturated refrigerant was at least 2.3 % and at most 91.1 % compared to the evaluated heat transfer capacity assuming no pressure loss. The rate of change of heat transfer capacity was the largest in the order of R600a, R1234yf, R134a, R410A, and R32. Heat exchanger performance simulation under practical air-conditioner operating conditions showed that the heat transfer capacity was reduced by 0.72 % due to refrigerant pressure drop under the condensing condition. On the other hand, the heat transfer capacity was increased by 26.55 % under the evaporating condition.

     

润滑油对R32在水平光管内流动沸腾换热特性及压降的影响

对R32在φ5mm和φ7mm的水平光管内的流动沸腾时,润滑油对换热与压降特性的影响进行了试验研究,试验的质量流量范围为100~500 kg/(m~2·s),润滑油的含量在0~5%之间。结果表明,沸腾换热系数随着质量流量的增大而增大。在低干度区,换热系数随干度的增大而增大,当干度达到0.7~0.8时,换热系数达到最大。随着润滑油含量的增大,局部换热系数在减小。压降随着管径的减小和质量流量的增大而增大。润滑油含量的增大,导致压降的增大。在5mm管内,润滑油含量对换热系数和压降影响比较明显。     

热回收式溶液除湿蒸发冷却空调制冷系统理论研究

提出了一种热回收式溶液除湿蒸发冷却空调系统,可以全年运行,借助蒸发冷却技术和直接接触换热器,大幅度降低了冷却水的消耗量,能够回收利用室内排风的冷热量,与同类系统相比,具有更高的运行效率,通过计算和分析,结果表明:蒸发式冷却器是影响冬季热回收量的主要因素,为进一步提高整个系统的性能,其蒸发器、蒸发式冷凝器、蒸发式冷却器应按冬季工况进行设计和匹配,在西安冬夏季空调室外计算参数下,系统的性能系数TCOP、COP和COPh分别为0.925、0.6516和4.17。     

Exergy efficiency and irreversibility comparison of R22, R134a, R290 and R407C to replace R22 in an air conditioning system

This work presents an experimental comparison of exergy efficiency (EE), irreversibility at the process 1–2 (evaporator exit to compressor inlet), 2–3 (compressor inlet to condenser inlet), 3–4 (condenser inlet to expansion valve inlet), 4–5 (expansion valve inlet to evaporator inlet) and 5–1 (evaporator), and coefficient of performance (COP) of R22, and its substitutes R134a, R290 and R407C in vapor compression refrigeration system (VCRS) of an air conditioner. In addition, the effects of air temperature in the freezer with reference to environment states on irreversibility and EE have been investigated. At ?18°C air temperature in the freezer, 33°C reference environment state and 42% relative humidity refrigerants R22 and its substitutes R134a, R290 and R407C VCRSs the total irreversibilities are 665.7, 753.5, 582.1 and 677 W, and EEs are 22.9, 14.2, 26.5 and 20.6%, respectively. The refrigerant R290 is the best performer among candidate refrigerants but it suffers from flammability. Thus, R407C can considerably be used to replace R22.     

R32在带经济器的风冷冷热水机组的试验研究

分析了R32替代R410A的优势,针对R32系统排气温度过高的限制,提出采用经济器的方法降低排气温度,从理论方面分析了R32替代R410A后单级压缩制冷系统运行参数的变化。在理论研究基础上,采用某企业生产以R410A为制冷剂带有经济器的风冷热泵机组作为原型机,分别使用R410A和R32作为制冷剂,进行试验研究。试验参照GB/T 18430.2—2008名义工况,对比同一系统采用2种不同制冷剂后,系统充注量、换热量、功率、COP、排气温度等参数的变化。结果表明:R32系统充注量仅为R410A的70%,接近摩尔质量分数。在制冷及制热名义工况下R32能力及能效比均不低于R410A,R32系统排气温度及压缩比明显降低,但采用经济器中间补气后系统性能系数提高幅度不大。     

R410A在内螺纹强化管管内冷凝的传热性能试验研究

为了研究水平强化单管的管内冷凝性能,搭建了实验台。研究了在冷却水量不变的情况下,R410A在不同冷凝温度(35℃和40℃)和不同管径(5mm和9.52mm)下的换热情况。结果表明:总换热系数和压降随工质质量流量的增大而增大,质量流量对管内换热系数影响不是很大。冷凝温度40℃,5mm铜管的换热系数最高;冷凝温度40℃,9.52mm铜管的压降最小。     

管内流动沸腾传热关系式对R410A的适应性研究

R410A作为一种替代制冷剂,已经大量用在工业生产中。R410A制冷系统的设计和研发需要进行R410A管内流动沸腾换热计算。目前有很多公式预测两相流流动沸腾换热系数,它们对R410A的适应性需要判断。本文从10篇论文中收集了1268组R410A流动沸腾传热实验数据,用这些数据对27个两相流流动沸腾换热关系式进行了评价,选出了较为精确的R410A管内流动沸腾换热关系式,为R410A管内流动沸腾换热计算的公式选择提供了依据,为提出精确度更高的R410A管内流动沸腾公式提供了参考。     

煤矿井下空调蒸发器对流传热特性试验

对恒定控制制冷剂R407C工作温度为9℃、额定制冷量为45k W条件下的蒸发器进行了模拟矿井条件湿空气的对流传热试验。研究结果表明:蒸发器的制冷量随进口空气温度的升高而增加,随进口空气相对湿度的增加而增加;出口空气温降随进口空气温度的升高而增加,随进口空气相对湿度的增加而缓慢降低;对流传热的Nu数随Re数的增加而增加,随进口空气相对湿度的增加而降低。