混合制冷剂r12,r134a和实验设计所用的混合工质r290／r600的性能(热动1002孟驰)

混合制冷剂r12,r134a和实验设计所用的混合工质r290／r600的性能(热动1002孟驰) 混合制冷剂R12,R134a和实验设计所用的混合工质R290, R600的性能 预测统计模型开发 摘要:在本文中，作为R12和R134a替代品的油气混合制冷剂R290,R600(79 / 21重量%)，对其性能进行了分析。R12，R134a，制冷剂混合物R290,R600在不同的冷凝和蒸发温度以及在不同压缩机转速环境下进行了实验。此外，统计模型采用了实验技术的设计，用来对制冷系统的参数的预测，如预测制冷量和性能系数，功率消耗。开发的模型利用F-测试对上述这些参数是否足够进行检查。蒸汽压缩制冷系统的各种制冷剂R12，R134a和R290/R600的性能进行了比较。结果显示，制冷剂混合物R290,R600的性能系数高于R12和R134a 19.3-27.9 %，并且发现，由79%的丙烷于21%丁烷进行混合的烃类混合物可作为R12和R134a的替代品。 设计;建模;碳氢化合物;能量消耗;HFC;制冷剂。 关键词: 1. 引言 由于热泵和空调系统对臭氧层的消耗和全球变暖等环境问题, 氯氟烃(CFC)和 氢氟烃(HFC)和它们的混合制冷剂，因其高臭氧消耗潜能值(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)含氯氟烃已经在大多数国家于1996年被禁止。R134a已经发展成为一个替代R12的制冷剂。制冷剂R134a的使用导致气候变化，因为其较高的全球变暖潜能，蒙特利尔议定 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 和京都议定书已订阅要求完全取消对氟氯化碳和氢氟碳化合物的使用。Granryd在2001年关于在制冷系统和热泵设备中使用碳氢化合物作为工作流体所产生的问题做过研究。发现碳氢化合物(HC)是环保的天然制冷剂，它们具有零ODP和GWP。大量研究和出版物表示碳氢化合物可作为替代R12的制冷剂，碳氢化合物(HC)的制冷剂有一些积极的特点，比如ODP值为零的特点，GWP很小，无毒性，与矿物油，通常在制冷系统采用的材料都具有良好的相容性等优势。使用碳氢化合物作为制冷剂主要缺点是极易引燃，如果采取安全措施以防止这种易燃制冷剂泄漏，那么碳氢化合物仍可以像其他安全的制冷剂进行使用。 R134a，R12，丙烷，正丁烷和异丁烷的热力学性质，如表1所示。从表中可以明显看出纯碳氢化合物的热力学性质与R12和R134a的不相符。图1表示R134a，R12，丙烷，丁烷以及丙烷丁烷混合物的饱和蒸气压的变化情况与温度的关系。从图中很明显的看出R290,R600(79 / 21重量%)的混合物的蒸气压力曲线与R12和R134a的蒸气压力曲线很接近，从而可以代替R12和R134a。制冷剂的热力学性质是由NIST REFPROP数据库(2002)提供。 表1. 制冷剂热力性质 图1. 制冷剂蒸气压力曲线 79/21,重量)是一种非共沸混合制冷剂，由不同的蒸气，液体R290/R600( 按比例组合而成。在给定的压力下，非共沸制冷剂需要一个温度范围来冷凝或蒸发，并且它的露点温度总是比相应的泡点温度高，这将导致混合物的相变。R290,R600(79 / 21重量%)混合物的温度滑移发生在10.43?C，101 kPa. R290 / R600 (79 / 21重量%)混合制冷剂被控制在液体状态，以确保它的有效。烃类混合物的比容超过氟氯化碳和氢氟碳化合物。HC制冷剂带电量大约是CFC制冷剂三的分之一。 2.文献综述 许多研究已集中在CFC12的替代品的研究。这种由79%丙烷和21%正丁烷按照质量比例混合组成的新制冷剂，表现出比其他丙烷/丁烷混合物更好的性能。以下是最近的一些研究评论。理查德森和巴特(1995)在蒸汽压缩式制冷系统研究290,HC HC 600A混合物性能。在这项研究中，它表明，丙烷和丙烷/异丁烷混合物可以在未修饰的R12系统中使用，并且在同一操作条件下给出比R12的较好的COP。另据报道，在50%和50%的混合物丙烷丁烷与R12有非常相似的饱和特性，但cop似乎提高之后丙烷的比例也会增加。荣格等人.(1996)测试了混合物R290/ R600a中R290的成分为0.2?0.6质量份的性能，并与R12进行了比较。据悉，该混合物的cop分别从从1.7%增加到2.4%。R290/R600a混合物中R290的质量分数为0.6时，与R-12相比，显示一个3%向 4%提高能源效率和更快的冷却速度比。巴斯(1998)研究了冰箱/冰柜里不同混合物HC600a,HC290的性能。60 / 40%和70 / 30%(异丁烷和丙烷)是最好的整体混合物。kuijpers 1988)从理论上表明，21 / 79重量%的丙烷/丁烷混合物，可以用来替代等人.( CFC-12。该组合物的蒸发压力和容积制冷量堪比CFC-12。哈马德,Alsaad(1999)在原版的R12家用冰箱进行了进行了四比丙烷，正丁烷和异丁烷的实验研究。调查显示，由50%的丙烷，38.3%的丙烷和11.7%的异丁烷组成的烃类混合物表现出比其他烃类混合物更好的性能。荣格等人的实验结果.(2000)表明，60%质量分数的丙烷和异丁烷组成的混合物，比起R12，具有更高的COP，更快的冷却速度，更短的压缩时间，更低的压缩圆顶温度。Akash公司对液化石油气(质量分数分别为30%丙烷，55%的丁烷，15%的异丁烷)进行了性能测试，结果显示该系统的制冷量和COP堪比R12。Fatouh和kafafy(2006)在一个单一的蒸发器家用冰箱使用60%的丙烷和40%商业丁烷混合成的液化石油气进行了实验。冰箱实验结果显示，长度5米，60g的毛细管使用液化石油气和长度4米，100g的毛细管使用R134a的制冷效果相当。液化石油气的冰箱的实际COP高于R134a冰箱约7.6%。boumaza(2010)对天然工质进行了评估作为替代CFC和HCFC的空调制冷剂。bolaji(2010)进行了使用R152a、R32在家用冰箱中替代R134a的实验。 在这项工作中，这种R290,R600(79,21 重量%)新制冷剂的良好的环保性能被提出，为证明它是一个很有前途的替代品，在与R12，R134a的对比实验中进行了使用设计的实验技术。实验设计(DOE)是用来识别那些对系统性能的最高和最低的影响水平和因素的标准统计技术。对结果的统计分析允许测定结果的意义，从而获得涉及变量和结果的数学方程。DOE技术被用在许多领域如焊接，研磨，加工等。在这项工作中，已尝试开发预测和比较与制冷剂R12R，134a、 R290,R600制冷系统性能的一个统计模型。 3.实验装置和程序 建立一个蒸汽压缩制冷系统的实验装置，来研究R12，R134a，以及R290/R600 (79/21重量%)的混合物的性能，实验装置的示意图如图2所示，它由两个回路组成，一个主回路和一个次级回路。主回路主要由压缩机，冷凝器，干燥过滤器，制冷剂流量的流量计，视镜，膨胀阀和蒸发器组成。压缩机是一个开放的，往复式。压缩机的转速，可以由一个可变直径的皮带轮电机改变。冷凝器和蒸发器是由双层铜管组成。在双层管冷凝器，制冷剂流经内管，冷却水流经内管和外管之间的环形空间。在双层管蒸发器，盐水溶液(氯化钙水溶液)流经内管，制冷剂流经它们之间的环形空间。为最大限度地减少热损失，外管是良好的隔热材料。两个视镜被并入到系统中，一个在冷凝器出口的液体管线与另一个在 里蒸发器出口处的蒸汽管线，以便给出制冷剂的循环情况。次级回路是由绝缘箱的泵，流量计，电加热装置组成。一个槽被充满了的冷却水，并通过冷凝器管循环，而另一罐充满盐溶液，并通过蒸发器管循环。热水从冷凝器管流到冷却塔，然后冷却。冷却下来的水通过一个单独的泵送到冷却水箱。 图2. 实验装置示意图 转子流量计是用于测量冷却水和盐水溶液的流量，测量精度可达?0.05 LPM。制冷剂流量计是用来测量制冷剂流量，测量精度?0.0125kg/min。RTD型热电偶用于测量温度,测量精度为?0.1?C，压力是用校准压力表测量的，压力精度的精度?为1磅。制冷剂的温度和二次流体的温度和压力测量的实验装置中不同的位置，如图2所示。压缩机功率消耗是用瓦特计测定。瓦特计盘的转动准确度为?1秒，10转。膨胀装置是用来调节制冷剂的质量流量和定压差。当系统排空后制冷剂就开始激活了。在不做任何修改的实验装置的条件下进行沉降实 验。实验由R12开始，然后作为其他两个制冷剂进一步比较的基准参考。通过调节系统如冷却水流量和温度的所有其他参数，比如制冷剂流量和盐水溶液流量和温度，来获得所需的蒸发和冷凝温度。当系统达到稳定状态条件和所有的观测值被记录下来后，这些读数就被拍摄下来。表2显示了从实验装置参数电平=0，Te = 8oC，TC = 40?C和N = 855转所观察到的值。图3显示了蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂R12，R134a，R290,R600的pH和T-S图。 表2. 实验装置参数电平=0，Te = 8oC，TC = 40?C和N = 855转所观察到 的值 图3. 在蒸气压缩制冷循环P-H和T-S图:(a)R12，R134a，和 R290/R600 (b)R12和R134a的T-S图 (c)R290,R600的T-S图 的P-H图 4.统计模型的开发 独立可控参数，如蒸发温度(TC)，冷凝温度(Te)和压缩机的转速(N)的确定进行实验工作。一个参数的上限被编码为1.682，下限为-1.682。编码值为水平的中间值计算从方程(1)计算(科兰& Cox，1992)。 其中Xi是需要编码的变量X的值。X是可变量Xmin到Xmax中的任意值，Xmin和Xmax分别是可变量X的下限和上限。制冷系统的参数和单位，符号的选取在表3中给出。 表3. 控制参数和水平 设计矩阵由三因素五水平的中心复合旋转设计组成(科兰& Cox，1992)。 3它是由2=8的阶乘设计加6分中心和6个星点完全复制的。所选择的设计矩阵示于表4中。 表4. 设计矩阵和制冷系统的响应计算 本实验是根据设计矩阵中随机进行，以避免系统错误潜行到系统。从这些实验中获得的数据被用于开发的统计模型，并分析制冷剂R12，R134a和R290/R600混合物的性能。任何制冷系统输出的响应函数可以表式为等式(2)。 二阶多项式用来表示响应函数的三个因素，由(3)式给出 多项式的系数由统计学计算得出(科兰& Cox，1992)，由公式 (4)-(7).给出 其中，Xi，Xii,Xij分别是一阶值，二阶值的平方和制冷系统变量的相互作用项。 SYSTAT软件包是用来计算的直接反馈回来的这些系数的值。该模型充分利用方差分析(ANOVA)测试技术。按照这种技术，如果开发的模型的F比率的计算值超过了F比率标准表置信度(95,)，则该模型被认为是在可信限内。表5中的所有模型都是足够的。 表5. 对R12R134a、R290,R600模型测试充分性的方差分析 F比率的计算由下式给出: F比率=均值回归平方和 / 均方的误差总和 平方的多重R值，调整多方R值和所有开发的统计模型的估计标准误差在 表6中给出。一个回归模型的平均总平方和的总和之比解释了多重R平方的平方和。 调整后的多个平方R是调整收缩后的复相关系数，和估计值的标准误差残差的标准偏差。对于R12，R134a、R290,R600的混合物的编码形式参数的统计模型，通过以上的分析提出如下方程表示。(9)-(17) 对于制冷剂R12 对于R134a 对于混合物R290/R600 表6. 多重平方R，调整多重平方R与建立的模型估计的标准误差的比较 5.总结 实验进行了使用R12，R134a、R290,R600的混合制冷剂。在这项工作中得出如下结论。 *五水平因子实验技术用于开发的统计模型和R12，R134a和R290/R600(79/21,重量)混合物的性能进行了比较。 * R290/R600的(79/21,重量)的制冷能力高于较低Te温度的R12和R134a 49%，高于较高Te温度的R12和R134a 30%。 * R290/R600混合制冷剂消耗的能量要高于R12和R134a在所有操作条件下消耗的能量21.3%-22.2%。 *R290,R600(79 / 21重量%)混合物的COP(79 / 21重量%)高于R12和R134a的COP 19.3% - 27.9%。 *研究油气混合工质R290,R600(79/21重量%)可以作为一个可能的替代R12和R134a的制冷剂。 参考文献 [1]Baskin,E.(1998).TECHNICALPAPERS-4206-SynopsisofResidentialRefrigerator/FreezerAlternativeRefrigerantsEvaluation.ASHRAETransactionsAmericanSocietyofHeatingRefrigeratingAirConditioningEngin,104(2),266-273. 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