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R417A熱泵空調換熱器的溫度分布特性

點擊:1655 日期:[ 2014-04-26 21:08:06 ]
                     R417A熱泵空調換熱器的溫度分布特性                       劉艷,劉穎,王芳,吳建成,薛梅                        (上海理工大學,上海200093)     摘要:對一臺以R417A為工質的熱泵型房間空調換熱器在不同室外干、濕球溫度工況下的溫度分布情況進行了試驗研究和分析。通過對管翅式換熱器溫度分布規律的研究,找出其換熱特性,在對試驗結果進行綜合分析的基礎上,提出了優化設計建議。     關鍵詞:R417A;熱泵空調器;干濕球溫度;管翅式換熱器;換熱特性     中圖分類號:TB65文獻標識碼:A doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2012.08.013     文章編號:1005-0329(2012)08-0056-05     1·前言     由于CFC和HCFCs的大量使用,造成臭氧層破壞的環境問題日益嚴重。R417A作為一種ODP為零的制冷劑,它與R22的操作壓力和效能非常接近,是近期被認為有希望替代R22的環保工質之一[1~10]。文獻[11]對R417A在熱泵熱水系統中替代R22進行實驗研究,在冷凝溫度為50℃和45℃時,分別在不同蒸發溫度下,測量系統的溫度、壓力、流量、濕度、風速和耗功量。得出R417A的排氣溫度比R22系統低,可以改善壓縮機和潤滑油的工作條件。R417A系統的吸、排氣壓力比R22系統的稍高或接近。但在同一溫度下R417A飽和壓力比R22系統小,有利于裝置的運行。與R22相比,R417A耗功小、制冷量較小但COP值高。     本文對一臺R417A熱泵空調器的室外側管翅式換熱器在不同室外干、濕球溫度下的溫度分布情況進行試驗研究,同時測定了壓縮機進、排氣溫度的變化規律。本文的研究結果可為熱泵型房間空調器的工質替代及其換熱器設計和性能優化提供參考。     2· R417A的基本熱物理性質     R417A是一種三元非共沸混合制冷劑,其物理性質見表1。R417A兼容傳統和新型的潤滑油,包括礦物油(MO)、烷基苯冷凍潤滑油(AB)及酯類冷凍潤滑油(POE)。對使用傳統潤滑油的R22系統來說,采用R417A不需要更換潤滑油,且適合典型的R22直接膨脹(DX)系統使用。                  3 ·R417A熱泵空調換熱器的溫度分布試驗     3.1試驗裝置     在多功能環境室內,對熱泵空調器室外側換熱器的溫度分布情況進行測試[12~16]。設備布置如圖1所示。表2示出室外側換熱器的結構參數。                 3.2試驗內容     試驗以R417A為工質,在換熱器盤管兩側端點外側各布置了5個熱電偶(由于布置壓力測量裝置會大大增加換熱阻力,故而沒有布置壓力測量裝置),也即5個測點布置在風的進口,5個布置在風的出口。換熱器如圖2所示,各測點布置如圖3所示。                 3.3試驗結果與分析     不同室外干濕球溫度下各排測點溫度如圖4~13所示。                 由圖4、5可以看出,室外干球溫度2℃濕球溫度1℃時(以下簡稱工況1)和室外干球溫度7℃濕球溫度為6℃時(以下簡稱工況3)為結霜工況,不管1排左測點還是1排右測點,都是工況2(室外干球溫度4℃,濕球溫度3℃)的溫度最高,工況1次之,工況3最低。在工況1下,1排左測點溫度逐漸下降,而1排右測點逐漸上升,兩點溫度相差為1℃左右。工況2下,1排左測點溫度先迅速下降,然后幾乎保持不變,而1排右測點溫度也迅速下降,然后有所上升,兩點溫度相差1℃左右。工況3下,1排左測點溫度一開始上升,然后逐漸下降,1排右測點溫度也一開始上升,然后下降。兩點溫度相差在0.5℃左右,且工況3的溫度變化幅度最低,工況2溫度變化幅度最大。     由圖6、7可以看出,無論是3排左測點還是3排右測點,都是工況2下的溫度最高,工況1下的溫度次之,工況3最低。在工況1下,3排左測點的溫度逐漸下降,而3排右測點的溫度先下降后有所上升,兩點溫度相差1℃。工況2下,3排左測點溫度先迅速下降,然后慢慢上升,基本穩定在1.5℃左右,而3排右測點溫度也迅速下降,然后在1~2℃間變動,兩點溫度相差在0.1℃左右,可以說是很微小。工況3下,3排左測點溫度先上升然后逐漸下降,3排右測點溫度先逐漸上升,然后下降,兩點相差0.5℃左右。工況1下溫度變化幅度最小,工況2溫度變化幅度最大。                 由圖8、9可以看出,無論5排左測點還是5排右測點,都是工況2下溫度最高,其次是工況1下的溫度,最后是工況3下的溫度。工況1下,5排左測點的溫度隨時間推移逐漸下降,而5排右測點溫度隨時間推移先逐漸下降,然后有所上升,兩點溫度相差在0.3℃左右。工況2下,5排左測點溫度先以非常快的速度上升,此后上升速度漸趨平緩,5排右測點溫度先下降,然后在一個很小的范圍波動。兩點溫差0.3℃左右。工況3下,5排左測點的溫度先上升,然后緩慢下降,5排右測點的溫度先迅速上升,然后緩慢下降,兩點溫度相差不大。工況3下溫度變化幅度很小,工況2溫度變化幅度很大。     由圖10、11可以看出,無論7排左測點還是7排右測點,都是工況2下溫度最高,工況1下溫度次之,工況3下溫度最低。在工況1下,7排左測點溫度隨時間推移逐漸下降,7排右測點溫度隨之間推移也呈逐漸下降趨勢,兩點溫度相差0.4℃左右。工況2下,7排左測點溫度先迅速下降,然后緩慢上升,最后在很小的范圍內波動,7排右測點溫度先迅速下降,然后漸趨平緩,兩點溫度相差0.2℃左右。在工況3下,7排左測點溫度先迅速上升,然后緩慢下降,7排右測點溫度先上升,然后緩慢下降,兩點溫度相差0.8℃左右。工況1下的溫度變化幅度最小,工況2下的溫度變化幅度最大。                 由圖12、13可以看出,在大部分區域,無論是9排左測點還是9排右測點溫度,都是工況2下溫度最高,工況1次之,工況3最低。工況1下,9排左測點溫度隨時間變化逐漸下降,9排右測點溫度隨時間變化先有所下降,最后趨于平緩,兩點溫度相差1℃左右。工況2下,9排左測點溫度先迅速上升,然后漸趨平緩,9排右測點溫度在很短時間內飛升,當超過2℃時,漸趨平緩。兩點溫度相差1℃左右。工況3下,9排左測點溫度先上升,然后緩慢下降,9排右測點溫度也是先上升,然后緩慢下降,兩點溫度相差1℃左右。工況1的溫度變化幅度最小,工況2的溫度變化幅度最大。                  不同室外干濕球溫度下壓縮機進排氣溫度如圖14,15所示。                               由圖14、15可以看出,在大部分區域,工況2下壓縮機進氣溫度,排氣溫度都最高,工況1下次之,工況3下最低。在工況1下,壓縮機進氣溫度先下降,然后基本維持在-1.4℃左右,而壓縮機排氣溫度幾乎趨近于一條直線,在40.5℃左右,出進口溫度相差39℃左右。在工況2下,壓縮機進氣溫度先上升,后雖然時而上升,但總體趨勢下降,壓縮機排氣溫度先迅速上升,然后在某一定值邊上變動,變動幅度很小。出進口溫度相差42℃左右。工況3下,壓縮機進氣溫度呈下降趨勢,而排氣溫度先迅速上升,然后緩慢下降,由圖可看出,在第6min開始,排氣溫度就下降,而且下降趨勢接近一條直線,在35.3℃左右,變動幅度很小,出進口溫度相差31℃左右。     4·結語     通過對R417A熱泵空調換熱器在不同室外干濕球溫度工況,即工況1(室外干球溫度2℃,濕球溫度1℃),工況2(室外干球溫度4℃,濕球溫度3℃),工況3(室外干球溫度7℃,濕球溫度為6℃),分析得出換熱器的溫度分布具有一定的規律性,即換熱器無論哪一排盤管左側還是右側都出現如下規律,在工況2時的溫度最高,工況1次之,工況3最低。且呈現中間高,兩頭低,且中間部位兩頭溫差小.要處理最終的制冷性能數據,則必須先算出其在任何工況下的物性參數。將所要研究的數據化成圖標,以清晰地分析其性能。由以上結論得出將來的研究方向應該是在降低中間溫度的同時,強化中間部位的換熱。本文對R417A熱泵空調器換熱器的設計和性能優化提供了一定的參考。     參考文獻:略
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