一种适用于逆向布莱顿制冷循环的多元非共沸混合工质

    0 引 言

    逆向布莱顿制冷循环具有耗功少、制冷量大等优点,但此前一直采用空气作工质,在空调温区效率较低;针对这一缺点,本文提出了将非共沸混合工质应用于逆向布莱顿循环这一新的解决思路。由于要找到兼顾理想制冷剂多方面特性的纯质相当困难,因此对混合工质的研究成为了替代工质研究的热点之一,通过不同组分的互补,混合工质可以在很大程度上满足理想制冷剂的要求。本文采用RKS方程结合适用于RKS方程的混合法则作为多元非共沸混合工质的研究工具。采用余函数法,对混合工质的焓进行计算[1][2]。并搭建了实验台进行了实验验证。

    1 简化假设与工质初选

    系统的循环是一个动态平衡过程,同时遵守着能量守恒定律、质量守恒定律和相平衡原则。理论数值分析主要根据工质的热力学性质评价循环性能,忽略具体设备情况和工质在传热、流动和溶油特性(实验中采用矿物油,相容性较好)方面的差异,并对所有的工质采取相同的内循环参数以及设备热效率等。为使模型易于分析,作如下假设:

    (1)忽略各管道的阻力降和漏热损失;

    (2)压缩机的绝热效率为ηc;

    (3)膨胀机的绝热效率为ηe;

    (4)在循环中不发生分馏现象,即混合工质的成分各处不变;

    (5)忽略润滑油对混合工质的影响。

     工质的选取,取决于运行工况,针对空调工况,所选用工质应满足:在工作和储存条件下热稳定、与系统材料兼容。同时应具有可与蒸汽压缩式制冷工质相媲美的热力性能。

    表1列出了几种空调工况下热力性能较好的工质。它们的ODP为0,属于环保型绿色制冷剂,因此作者将以表中所列制冷工质作为混合工质的组分进行分析计算。

    2 计算结果

    本文在分析工质组分变化对系统性能的影响时,取统一的基准态工况为:压缩机吸气温度为5e,冷凝器出口温度为45℃;压缩机的吸排气压力由工质在相应点的温度和组分计算获得,取压缩机的等熵效率为90%,涡旋膨胀机的等熵效率为70%。对单位质量制冷量、压缩机耗功、膨胀机输出功以及这三者综合影响结果COP进行了分析计算。

    2.1 五组混合物的比较

    图1~图4给出了五组混合物在基准工况下随丙烷或二氧化碳摩尔成分变化的COP值、制冷量、压缩机耗功、膨胀机输出功的比较。图中曲线代表:1-R744/R290;2-R744/R600a;3-R290/R134a/R600a;4-R290/R152a/R600a;5-R290/R600a/R600。三元混合物的配比为,丙烷的摩尔成分从0变化到1,另两种组分分别为剩余摩尔成分的一半。