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R125/R600a 混合工质蒸发器结构优化研究
专 业:建筑与土木工程研究生:陈 洁
指导教师:范晓伟教授栾景阳高工王方副教授
摘 要
目前用于空调制冷系统中的制冷剂主要为 CFCs 和 HCFCs 类工质,这些工质对环境产生不利影响,已经被列入限制使用行列。现有的单一工质很难同时满足环保性、安全性、热力学性能和经济性等多方面的要求,混合工质将有望很好的解决这些难题。在空调制冷系统中,蒸发器作为最重要的组成部件之一, 其运行状况会直接影响整个系统性能的优劣。本文尝试从传热和压降的耦合角度出发,针对 R125/R600a 混合工质蒸发器,建立结构优化的简单理论数学模型, 以期找到一个全新的、简单合理的优化方法,为企业弥补混合工质蒸发器设计方面的空缺,同时降低蒸发器制造成本,对蒸发器的设计优化提供理论指导。概括起来,本文的主要研究工作如下:
(1)研究了 R125/R600a 混合工质的蒸发换热过程,利用蒸发换热性能潜力评价标准 PEC,制冷剂和冷却介质在蒸发器内换热过程的理想温度曲线以及“总温惩罚因子 TTP”,比较了制冷剂在压降和传热这两个方面的能量损失情况。(2)建立了基于总温惩罚因子 TTP 最小化的蒸发器结构优化数学模型,并分析了管径、蒸发温度管长优化结果的影响。发现,混合工质蒸发器最优化长度随着管径的增大而增加;混合工质蒸发器的最优管长随着蒸发温度的增大而增大;混合工质热流密度随着换热系数的增大先增减后减小,存在一个最优热流
密度。
(3)用 EES 等软件模拟 R125/R600a(10/90)混合工质套管式蒸发器的性能, 并比较仿真结果与简单理论模型数据的吻合程度。结果表明,关于对蒸发器管长和热流密度的优化,仿真模拟结果与理论计算数据基本吻合,变化趋势相同。得到的最优管长,最优热流密度误差均在可允许范围之内。
关键词: 混合工质蒸发器结构优化仿真
课题来源: 国家自然科学基金项目(编号:51176207) 河南省高校青年骨干教师项目(编号:2014GGJS-089) 河南省供热空调重点学科开放实验室项目(编号: 2013HAC201)
I
Evaporator structure optimization study based on the coupling of heat transfer and pressure drop
Speciality: Architecture and Civil Engineering Name: Chen Jie
Supervisor: Fan Xiaowei Professor
Luan Jingyang Senior Engineer Wang Fang Associate Professor
Abstract
At present, the refrigerants which are widely used in the air conditioning and refrigeration system are usually CFCs and HCFCs. However ,they have a bad effect on the environment. Then,developing a new refrigerant is ing a hot spot of current research. Existing single working fluid is difficult to fully meet the requirements of environmental, safety, thermal and economy performance, thus mixed refrigerants has e the most promising solution in recent years. HFC/HCs have important application value based on their good performance . As one of the ponents in the air conditioning and refrigeration, the evaporator’s performance has a great impact on the entire system’s COP . The internal flow and heat transfer situations for the evaporator using mixed refrigerants are plicated. In order to provide theoretical guidance for th