通过换热器优化减少制冷剂充注量的研究结题报告

1、通过换热器优化减少制冷剂充注量的研究结题报告学校鲁东大学院系食品工程学院专业能源与动力工程项目负责人郭文涛指导教师曲航副教授填报日期2018年4月7日星期六基本情况究研的量注型类目项践实业创训业创0究间时成完项目主要成员主持人号学院学在所涛文rp亠口孑程工力动与源匕匕厶冃院学程工品食献文阅查成员兵伟陈程工力动与源匕匕厶冃院学程工品食划策验实i程工力动与源匕匕厶冃院学程工品食舒翔楚程工力动与源匕匕厶冃院学程工品食程高程工力动与源匕匕厶冃院学程工品食m二理整吉纟总项目执行情况简介1、项目目的和意义制冷机广泛应用于国民经济领域，保有量巨大。在保证设备运行性能的前提下减少制冷剂充注量，对于构建节约型社

2、会具有重大意义。本项目聚焦于制冷机换热器的优化，通过模拟分析制冷剂的流动状态和传热网络，对换热器进行优化设计。首先通过改变换热管的管径比，实现换热器的紧凑化；通过优化组合制冷剂/润滑油溶解度和换热夹点，提高传热性能，以获得最小化的制冷剂充注量。对于150kW勺制冷机组，本项目的研究目标为减少制冷剂充注量1kg（原70kg）。从热交换的机理可以知道,小管径热交换器可以强化管内传热效果,因此空调热交换器的管径从最初9.52mm逐渐发展到7.94mm、7mm、6.35mm以及近年开始大规模应用的5mm管径的热交换器。从节省能源和环保的角度考虑，采用环保工质和小型化是未来的发展趋势。热交换器作为制冷机

3、体积最大和主要参与换热的部件,其小型化程度对制冷机的小型化有重要影响。实现热交换器小型化的一个较好方法是用小管径换热管代替现有热交换器中的换热管。小管径管翅式热交换器的应用会大量的降低空调器的制造成本，亦达到节能环保又经济的目的。本项目利用最新研发4mm换热器分别对分体机进行R410AR290性能匹配及实验，实验结果表明采用小管径不仅降低换热器体积和成本，也能有效降低制冷剂充注量,起到节能环保作用。2、项目成果的主要内容通过研究减少制冷剂量充注量的方法，总结制冷剂两相流动的特点，设计了合适的数学模型，在管内干度随着管长的变化情况下，通过对换热器内部制冷剂总量和制冷剂压降进行理论计算，最后得出在

4、微通道条件下，该变两个流程管径比的做法仍然可以减少制冷剂充注量，而且制冷剂压降略有降低的结论。本项目是在特定情况下对制冷系统内的换热器进行计算的，存在的问题是缺乏普遍情况下（例如改变制冷剂蒸发温度、进口干度、制冷剂冷凝压力）的计算分析，这有待于研究的进一步的深化和完善。大部分的制冷剂处于制冷系统的换热器之中，因此研究换热器，选择合适的管路布置方法对减少制冷剂充注量是很重要的。在这方面，王荣汉对平流式换热器进行了仿真分析，得出结论：流程管数依次减少的布置方式得到的冷凝器的换热量和过冷度比较大，压降相对最小，换热器性能最优。在进行换热器管路配置时，要把最多扁管数放在第一流程，然后再调整其他流程之间

5、的管数比例。这实际上是改变了制冷剂在不同流程之间的分配。在对制冷剂分配方法中，还有一种方法是改变两个流程中的管径。陶于兵对管翅型换热器在不同的空气和制冷剂进口状态下的工作性能进行了数值研究，对管路布置进行了再不同管径之下的数值模拟，可以将制冷剂充注量降低8%左右，证明在两个流程之间最佳管径比为0.8。本文的主要目的是，对两流程管径比为0.8的管翅型换热器使用微通道技术后，换热效果是否理想进行验证。在微通道的条件下，对管径为0.476mm的换热器在给定条件下进行了分析，得出两流程改变管径的做法仍然可以减少制冷剂的充注量，减少的使用量约为18%。通过实验对制冷剂使用量的计算可以看出，管径比为1:1

6、的制冷剂实际使用量为mi=9.06xl4kg/s,管径比为0.8的制冷剂实际使用量为7.421Kg/s，经过计算得出在两流程管径比变为0.8后，制冷剂的充注量可以减少18%。这可能是因为微通道条件下，a流程中进口温度较高，制冷剂和空气之间的温差较大，a流路的换热效果明显比b流路好，改变管径比为0.8的做法，很大程度上缓解了a流程过热，b流程还处于两相区的情况。这样使得两流程换热均匀，换热性能得到了提高，在冷负荷相同的情况下，制冷剂的使用量降低。通过对上文的对不同管径比的压降计算可以看出，管径比为1:1时两流程压降为Pf0.907103Kpa，两流程管径比为0.8时的压降为Pf0.8614103

7、Kpa，压降可以减少约5%。三、研究总结报告1、研究主要内容和预期结果（说明具体研究内容和拟解决的关键问题，预期结果和形式，如在理论上解决哪些问题及其价值，或应用的可能性及效果）：制冷剂的充注，主要在于制冷系统的蒸发器和冷凝器，少量位于膨胀阀、管道，和压缩机，所以本课题的研究重点在于蒸发器和冷凝器的结构改造；对于制冷剂的泄露问题，由于短时间内工业能力无法将原有的泄漏水平（15%20%），降低到10%以下，所以本实验不做研究。通过理论计算，根据有关换热器优化的研究成果，验证在微通道条件下，改变不同流程制冷剂分配比（具体的说是管径比的做法）是否仍然有效，对微通道条件下改变管径对制冷剂充注量和压降影

8、响提供直观的数值比较，为系统的优化提供具体的理论计算验证，为进一步的降低制冷剂的使用，保护臭氧层，缓解温室效应，促进制冷设备的小型化打好基础。2、拟采取的研究方法和技术路线（包括理论分析、计算，实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决方法，以及研究的进度与计划）：在本实验研究中，首先确立的是制冷剂充注量的评价标准（制冷剂效率、COP、TEW，I等等），使用所选择的标准，结合相关的研究成果，总结两相流动的特点，和减少制冷剂充注量的方法。然后使用合适的标准和方法，结合换热器的相关研究，对微通道条件下制冷系统内蒸发器和冷凝器的设计进行理论计算验证。可能遇到的问题：（1）缺乏具体的系统优化案

9、例和数据。（2）具体的计算公式种类较多，没有普遍适用的公式。解决方法：（1）制冷系统内的蒸发器和冷凝器同属换热器，可以参照换热器系统优化的研究成果。（2）根据计算需要的不同情况，选择最适用的公式。3、研究过程（1）2017年5至10月查阅资料，做好充分的前期准备，并且进行了预试验，通过比较分析确定制冷剂充注量的评价标准；（2）2017年10月至12月进行正式实验，总结减少制冷剂充注量的方法；（3）2018年1-3月份，重复试验，研究如何改进制冷系统内换热器；（4）2018年4月，对系统优化的具体方法建立数学模型，进行检验，修改，完善4、心得体会通过这个创新项目，我们认识到要完成一个创新项目，不

10、但要具备扎实的理论基础还要有夯实的实验技能基础。在这样的基础上，还需要制定出详细具体的可实施的研究方案，通过小组成员的努力拼搏，不怕吃苦，相互合作参与，才会得到真实、有效的实验结果，从中获取更多的知识。在本实验的优化换热器过程中收获是最大的，通过设计实验的过程，我们懂得一个缜密的思维过程以及严格的操作流程对实验结果的影响是很大的，每一个错误的细节都会制造出很多麻烦的问题，所以不管是设计还是操作以及实验之后的整理过程都是很重要的，因为“细节决定成败”;通过这个实验的过程，我们感受到不管做什么事情，都要有坚持下去的决心与毅力，而且在这个过程中就是要不断的尝试，不断的发现问题，从而对症下药解决问题，找出最适合的一种新方法。四、经费使用情况(1)材料费1200元(2)市内交通费200元经费总计1400元，学院老师资助1400元。五、学院评审意见该项目成员在广泛阅读国内外大量关于减少制冷剂的论文后，最终将研究目标确定在微通道换热器上，总结出了两相流动的流动特