通過換熱器優(yōu)化減少制冷劑充注量的研究結(jié)題報告

1、通過換熱器優(yōu)化減少制冷劑充注量的研究結(jié)題報告學(xué)校魯東大學(xué)院系食品工程學(xué)院專業(yè)能源與動力工程項目負(fù)責(zé)人郭文濤指導(dǎo)教師曲航副教授填報日期2018年4月7日星期六基本情況究研的量注型類目項踐實業(yè)創(chuàng)訓(xùn)業(yè)創(chuàng)0究間時成完項目主要成員主持人號學(xué)院學(xué)在所濤文rp亠口孑程工力動與源匕匕厶冃院學(xué)程工品食獻(xiàn)文閱查成員兵偉陳程工力動與源匕匕厶冃院學(xué)程工品食劃策驗實i程工力動與源匕匕厶冃院學(xué)程工品食舒翔楚程工力動與源匕匕厶冃院學(xué)程工品食程高程工力動與源匕匕厶冃院學(xué)程工品食m二理整吉纟總項目執(zhí)行情況簡介1、項目目的和意義制冷機(jī)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，保有量巨大。在保證設(shè)備運(yùn)行性能的前提下減少制冷劑充注量，對于構(gòu)建節(jié)約型社

2、會具有重大意義。本項目聚焦于制冷機(jī)換熱器的優(yōu)化，通過模擬分析制冷劑的流動狀態(tài)和傳熱網(wǎng)絡(luò)，對換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。首先通過改變換熱管的管徑比，實現(xiàn)換熱器的緊湊化；通過優(yōu)化組合制冷劑/潤滑油溶解度和換熱夾點，提高傳熱性能，以獲得最小化的制冷劑充注量。對于150kW勺制冷機(jī)組，本項目的研究目標(biāo)為減少制冷劑充注量1kg（原70kg）。從熱交換的機(jī)理可以知道,小管徑熱交換器可以強(qiáng)化管內(nèi)傳熱效果,因此空調(diào)熱交換器的管徑從最初9.52mm逐漸發(fā)展到7.94mm、7mm、6.35mm以及近年開始大規(guī)模應(yīng)用的5mm管徑的熱交換器。從節(jié)省能源和環(huán)保的角度考慮，采用環(huán)保工質(zhì)和小型化是未來的發(fā)展趨勢。熱交換器作為制冷機(jī)

3、體積最大和主要參與換熱的部件,其小型化程度對制冷機(jī)的小型化有重要影響。實現(xiàn)熱交換器小型化的一個較好方法是用小管徑換熱管代替現(xiàn)有熱交換器中的換熱管。小管徑管翅式熱交換器的應(yīng)用會大量的降低空調(diào)器的制造成本，亦達(dá)到節(jié)能環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的目的。本項目利用最新研發(fā)4mm換熱器分別對分體機(jī)進(jìn)行R410AR290性能匹配及實驗，實驗結(jié)果表明采用小管徑不僅降低換熱器體積和成本，也能有效降低制冷劑充注量,起到節(jié)能環(huán)保作用。2、項目成果的主要內(nèi)容通過研究減少制冷劑量充注量的方法，總結(jié)制冷劑兩相流動的特點，設(shè)計了合適的數(shù)學(xué)模型，在管內(nèi)干度隨著管長的變化情況下，通過對換熱器內(nèi)部制冷劑總量和制冷劑壓降進(jìn)行理論計算，最后得出在

4、微通道條件下，該變兩個流程管徑比的做法仍然可以減少制冷劑充注量，而且制冷劑壓降略有降低的結(jié)論。本項目是在特定情況下對制冷系統(tǒng)內(nèi)的換熱器進(jìn)行計算的，存在的問題是缺乏普遍情況下（例如改變制冷劑蒸發(fā)溫度、進(jìn)口干度、制冷劑冷凝壓力）的計算分析，這有待于研究的進(jìn)一步的深化和完善。大部分的制冷劑處于制冷系統(tǒng)的換熱器之中，因此研究換熱器，選擇合適的管路布置方法對減少制冷劑充注量是很重要的。在這方面，王榮漢對平流式換熱器進(jìn)行了仿真分析，得出結(jié)論：流程管數(shù)依次減少的布置方式得到的冷凝器的換熱量和過冷度比較大，壓降相對最小，換熱器性能最優(yōu)。在進(jìn)行換熱器管路配置時，要把最多扁管數(shù)放在第一流程，然后再調(diào)整其他流程之間

5、的管數(shù)比例。這實際上是改變了制冷劑在不同流程之間的分配。在對制冷劑分配方法中，還有一種方法是改變兩個流程中的管徑。陶于兵對管翅型換熱器在不同的空氣和制冷劑進(jìn)口狀態(tài)下的工作性能進(jìn)行了數(shù)值研究，對管路布置進(jìn)行了再不同管徑之下的數(shù)值模擬，可以將制冷劑充注量降低8%左右，證明在兩個流程之間最佳管徑比為0.8。本文的主要目的是，對兩流程管徑比為0.8的管翅型換熱器使用微通道技術(shù)后，換熱效果是否理想進(jìn)行驗證。在微通道的條件下，對管徑為0.476mm的換熱器在給定條件下進(jìn)行了分析，得出兩流程改變管徑的做法仍然可以減少制冷劑的充注量，減少的使用量約為18%。通過實驗對制冷劑使用量的計算可以看出，管徑比為1:1

6、的制冷劑實際使用量為mi=9.06xl4kg/s,管徑比為0.8的制冷劑實際使用量為7.421Kg/s，經(jīng)過計算得出在兩流程管徑比變?yōu)?.8后，制冷劑的充注量可以減少18%。這可能是因為微通道條件下，a流程中進(jìn)口溫度較高，制冷劑和空氣之間的溫差較大，a流路的換熱效果明顯比b流路好，改變管徑比為0.8的做法，很大程度上緩解了a流程過熱，b流程還處于兩相區(qū)的情況。這樣使得兩流程換熱均勻，換熱性能得到了提高，在冷負(fù)荷相同的情況下，制冷劑的使用量降低。通過對上文的對不同管徑比的壓降計算可以看出，管徑比為1:1時兩流程壓降為Pf0.907103Kpa，兩流程管徑比為0.8時的壓降為Pf0.8614103

7、Kpa，壓降可以減少約5%。三、研究總結(jié)報告1、研究主要內(nèi)容和預(yù)期結(jié)果（說明具體研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題，預(yù)期結(jié)果和形式，如在理論上解決哪些問題及其價值，或應(yīng)用的可能性及效果）：制冷劑的充注，主要在于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器，少量位于膨脹閥、管道，和壓縮機(jī)，所以本課題的研究重點在于蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)改造；對于制冷劑的泄露問題，由于短時間內(nèi)工業(yè)能力無法將原有的泄漏水平（15%20%），降低到10%以下，所以本實驗不做研究。通過理論計算，根據(jù)有關(guān)換熱器優(yōu)化的研究成果，驗證在微通道條件下，改變不同流程制冷劑分配比（具體的說是管徑比的做法）是否仍然有效，對微通道條件下改變管徑對制冷劑充注量和壓降影

8、響提供直觀的數(shù)值比較，為系統(tǒng)的優(yōu)化提供具體的理論計算驗證，為進(jìn)一步的降低制冷劑的使用，保護(hù)臭氧層，緩解溫室效應(yīng)，促進(jìn)制冷設(shè)備的小型化打好基礎(chǔ)。2、擬采取的研究方法和技術(shù)路線（包括理論分析、計算，實驗方法和步驟及其可行性論證，可能遇到的問題和解決方法，以及研究的進(jìn)度與計劃）：在本實驗研究中，首先確立的是制冷劑充注量的評價標(biāo)準(zhǔn)（制冷劑效率、COP、TEW，I等等），使用所選擇的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合相關(guān)的研究成果，總結(jié)兩相流動的特點，和減少制冷劑充注量的方法。然后使用合適的標(biāo)準(zhǔn)和方法，結(jié)合換熱器的相關(guān)研究，對微通道條件下制冷系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器和冷凝器的設(shè)計進(jìn)行理論計算驗證?？赡苡龅降膯栴}：（1）缺乏具體的系統(tǒng)優(yōu)化案

9、例和數(shù)據(jù)。（2）具體的計算公式種類較多，沒有普遍適用的公式。解決方法：（1）制冷系統(tǒng)內(nèi)的蒸發(fā)器和冷凝器同屬換熱器，可以參照換熱器系統(tǒng)優(yōu)化的研究成果。（2）根據(jù)計算需要的不同情況，選擇最適用的公式。3、研究過程（1）2017年5至10月查閱資料，做好充分的前期準(zhǔn)備，并且進(jìn)行了預(yù)試驗，通過比較分析確定制冷劑充注量的評價標(biāo)準(zhǔn)；（2）2017年10月至12月進(jìn)行正式實驗，總結(jié)減少制冷劑充注量的方法；（3）2018年1-3月份，重復(fù)試驗，研究如何改進(jìn)制冷系統(tǒng)內(nèi)換熱器；（4）2018年4月，對系統(tǒng)優(yōu)化的具體方法建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行檢驗，修改，完善4、心得體會通過這個創(chuàng)新項目，我們認(rèn)識到要完成一個創(chuàng)新項目，不

10、但要具備扎實的理論基礎(chǔ)還要有夯實的實驗技能基礎(chǔ)。在這樣的基礎(chǔ)上，還需要制定出詳細(xì)具體的可實施的研究方案，通過小組成員的努力拼搏，不怕吃苦，相互合作參與，才會得到真實、有效的實驗結(jié)果，從中獲取更多的知識。在本實驗的優(yōu)化換熱器過程中收獲是最大的，通過設(shè)計實驗的過程，我們懂得一個縝密的思維過程以及嚴(yán)格的操作流程對實驗結(jié)果的影響是很大的，每一個錯誤的細(xì)節(jié)都會制造出很多麻煩的問題，所以不管是設(shè)計還是操作以及實驗之后的整理過程都是很重要的，因為“細(xì)節(jié)決定成敗”;通過這個實驗的過程，我們感受到不管做什么事情，都要有堅持下去的決心與毅力，而且在這個過程中就是要不斷的嘗試，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，從而對癥下藥解決問題，找出最適合的一種新方法。四、經(jīng)費(fèi)使用情況(1)材料費(fèi)1200元(2)市內(nèi)交通費(fèi)200元經(jīng)費(fèi)總計1400元，學(xué)院老師資助1400元。五、學(xué)院評審意見該項目成員在廣泛閱讀國內(nèi)外大量關(guān)于減少制冷劑的論文后，最終將研究目標(biāo)確定在微通道換熱器上，總結(jié)出了兩相流動的流動特