基于制冷劑減量及替代的制冷熱泵系統(tǒng)關鍵技術理論和實驗研究.pdf

1、隨著國際社會對臭氧層破壞和全球變暖等環(huán)境問題日益關注，制冷劑減量及替代成為制冷熱泵行業(yè)的研究熱點。本文針對制冷劑替代提出兩種方案，即減量延續(xù)技術和永久性替代，并針對兩種方案的關鍵技術進行了理論和試驗研究。
　　 本文通過大量的數(shù)據(jù)調(diào)研，提出了在大中型冷水熱泵機組中采用降膜式蒸發(fā)方式比目前廣泛應用的滿液式蒸發(fā)減少了30％的制冷劑充灌量，具有重大的應用前景?；诖?，對滿液式蒸發(fā)和降膜式蒸發(fā)建立換熱模型并進行模擬計算，結果表明：隨著熱

2、流密度和蒸發(fā)壓力的增大，滿液式蒸發(fā)和降膜式蒸發(fā)的換熱系數(shù)是逐漸增大的。而對于降膜式蒸發(fā)，液膜雷諾數(shù)也是重要的影響因素，隨著液膜雷諾數(shù)的增大，存在干涸現(xiàn)象出現(xiàn)的臨界值，在臨界值出現(xiàn)之前換熱系數(shù)逐漸增大，超過臨界值則保持不變。本文建立水平單管滿液式蒸發(fā)和降膜蒸發(fā)試驗臺，通過對兩種換熱方式進行換熱試驗研究，結果驗證了理論分析的合理性，同時發(fā)現(xiàn)在相同工況下，降膜式換熱系數(shù)要高出滿液式的6.3％。本文根據(jù)試驗數(shù)據(jù)提出了新的換熱關聯(lián)式，與大量試驗數(shù)

3、據(jù)保持在13％以內(nèi)的誤差，具有較高的準確性。
　　 為了直接觀測到兩種換熱模式的換熱機理，本文設計了可視化試驗臺。通過對滿液式沸騰現(xiàn)象的觀測和分析發(fā)現(xiàn)，汽泡在加熱壁面上的汽化核心分為穩(wěn)定型和不穩(wěn)定型；汽泡從在壁面上出現(xiàn)到脫離壁面的汽泡生長時間大約在4ms-5ms之間；汽泡脫離直徑大約在1.4-1.8mm之間；同時發(fā)現(xiàn)，降膜式沸騰產(chǎn)生的汽泡尺寸、汽泡脫離液態(tài)制冷劑的時間要小于滿液式；降膜式沸騰對流現(xiàn)象和沸騰擾動現(xiàn)象更明顯，但當熱流

4、密度較大時，容易出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。
　　 在永久性替代方案中，本文提出采用CO2雙級循環(huán)，并就關鍵部件CO2雙級滾動活塞壓縮機進行了設計和加工。對雙級循環(huán)的分析表明，在相同工況下，雙級循環(huán)效率比單級循環(huán)的效率高出12％～25％。本文對雙級壓縮機進行了動力學和有限元分析，結果表明：在壓縮機開始排氣時，各部件的受力情況最惡劣，低壓級壓縮機的變形量大于高壓級壓縮機，尤其是低壓級偏心段是變形最大的地方，為優(yōu)化設計提供參考依據(jù)。而對雙級壓縮機