CO2-低GWP工質(zhì)二元混合物微小通道內(nèi)流動換熱機理的研究.pdf

1、應用熱泵系統(tǒng)供熱是減少煤炭直接燃燒，解決環(huán)境問題和節(jié)能減排的可靠措施。CO2自然工質(zhì)熱泵系統(tǒng)受到了普遍關(guān)注。本研究通過向CO2中混入低GWP工質(zhì)形成新的混合工質(zhì)應用于熱泵系統(tǒng)，降低系統(tǒng)運行壓力，改善循環(huán)特性，提升系統(tǒng)性能，使二者優(yōu)勢互補。微小通道換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱性能好、承壓能力強、減少充灌量的優(yōu)點，適用于CO2等高壓熱泵空調(diào)系統(tǒng)。本研究首先篩選出CO2/低GWP工質(zhì)對，之后通過理論和實驗方法對微小通道內(nèi)CO2/R41超臨界放熱及

2、CO2/R32冷凝換熱機理進行探究，為CO2/低GWP工質(zhì)混合制冷劑熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化打下理論基礎(chǔ)。
　　對用于熱泵熱水器工況的CO2/低GWP工質(zhì)混合物進行了評價和篩選。當氣冷器或冷凝器中出現(xiàn)兩個窄點時，排熱過程中形成很好的溫度匹配，系統(tǒng)得到最高COP及最優(yōu)排氣壓力。蒸發(fā)器中的溫度匹配對整個系統(tǒng)的性能起主導作用，蒸發(fā)器合理的溫度匹配可提升系統(tǒng)的COP以及火用效率。CO2/R41和CO2/R32的性能最優(yōu)。其中CO2/R41

3、系統(tǒng)的放熱過程發(fā)生在超臨界狀態(tài)，其性能穩(wěn)定，GWP以及排氣壓力均較低；CO2/R32系統(tǒng)的放熱過程發(fā)生在亞臨界狀態(tài)，系統(tǒng)具有較高的COP、合適的溫度滑移以及較低的排氣壓力。
　　為了驗證了實驗臺和測試方法的可靠性，測試了液態(tài)乙醇在多孔扁管微通道內(nèi)的流動換熱特性，其流動特性及湍流區(qū)域的換熱結(jié)果與經(jīng)典理論的預測值一致，為超臨界和冷凝換熱的測試奠定基礎(chǔ)。層流區(qū)域的傳熱特性受共軛傳熱及入口段效應的影響，偏離常規(guī)理論的預測值?？紤]共軛傳熱效

4、應、入口段效應以及熱物性變化的影響，在傳統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上進行了修正，修正后的絕對誤差在±10％以內(nèi)。
　　CO2/R41和純R41超臨界流體在單孔圓管和多孔扁管微小通道內(nèi)的放熱過程中，對流換熱系數(shù)隨整體溫度先增大后減小，在稍高于準臨界溫度處出現(xiàn)極大值。越接近臨界壓力，換熱系數(shù)極值越高。CO2/R41對流換熱系數(shù)的極值隨R41含量的增加而減小。在準臨界點附近，對流換熱系數(shù)隨熱流密度的增加而減小，熱流密度的影響隨通道尺度的減小逐漸凸顯。

5、摩擦壓降在準臨界溫度附近顯著增加。在低于準臨界溫度的區(qū)域，壓力對摩擦壓降的影響不明顯，但在高于準臨界溫度的區(qū)域，摩擦壓降隨壓力的增加而逐漸減小。兩種微小通道的CO2/R41和純R41的超臨界流動換熱特性與常規(guī)通道的規(guī)律一致，推薦了適用于CO2/R41和純R41超臨界對流換熱和摩擦壓降的預測模型。
　　CO2/R32和純R32在單孔圓管及多孔扁管微小通道內(nèi)的冷凝流動換熱過程中，壓降隨質(zhì)量流速呈線性增加趨勢，而隨冷凝溫度的增加而降低，

6、并且CO2含量越低，冷凝溫度的影響越明顯。摩擦壓降隨CO2含量的增加逐漸減小，在較高的質(zhì)量流速時，不同混合比下的壓降差異較大，而在低質(zhì)量流速時，混合比的影響減小。通過微元段的方法建立了測試段冷凝壓降模型，將兩相壓降關(guān)聯(lián)式與壓降測試結(jié)果進行比較，推薦了適用于CO2/R32和純R32冷凝摩擦壓降的計算模型。
　　CO2/R32和純R32在較高的干度和質(zhì)量流速下取得較高的冷凝對流換熱系數(shù)，并且換熱系數(shù)隨冷凝溫度的增加而降低。對流換熱系數(shù)