水平管内超临界R1234ze(E)冷却传热性能的神经网络预测

为探究神经网络在预测:超临界传热方面的有效性,建立了水平直管内超临界R1234ze(E)冷却传热的神经网络预测模型,并与修正的Dittus-Boelter(D-B)型传热关联式进行比较分析.研究表明,输入参数对于反向传播神经网络(BPNN)预测精度的影响很大,且并非所有BPNN输入参数组合都能带来比传热关联式更好的预测结果.输入参数组合Re_(b),Pr_(b),ρ_(b)/ρ_(w),C_(p)/C_(pw),λ_(b)/λ_(w),μ_(b)//μ_(w)的预测表现最好,对于试验集的预测结果的平均绝对偏差和最大偏差仅为2.02%和9.34%,远低于传热关联式预测偏差,且对于高温段h的趋势、h最大值以及h峰值位置的预测比关联式更加准确.此外,将遗传算法优化的BP(GA-BP)模型与BP模型在两种不同的适应度值计算方式下进行比较,揭示GA-BP在提高超临界传热预测精度方面的有效性.研究表明,当网络训练与适应度值计算采用相同数据时,将引起过拟合,并不能进一步提高预测精度;当网络训练与适应度值计算采用不同数据时,可使得网络泛化性能提高,预测结果的均方根偏差和最大偏差均有进一步的降低.

带闪发器中间补气的R1234ze(E)热泵系统性能分析

本文采用新型环保工质R1234ze(E)作为带闪发器中间补气型高温热泵系统的运行工质,在不同蒸发温度、冷凝温度及压缩机第一级压缩比参数条件下,分析了系统的性能系数、冷凝热量及压缩机做功量等性能,拟合了系统具有最佳性能系数(COP)时对应第一级压缩比随冷凝温度参数变化关系式。结果表明:R1234ze(E)在带闪发器中间补气型高温热泵系统运行时,具有最佳的压缩机第一级压比,使得系统具有最大的COP;相比传统无闪发器的热泵循环系统,带闪发器中间补气型热泵系统具有更好的热力性能,COP比常规热泵系统同工况条件下增加10.7%~23.4%,压缩机的排气温度下降约2.5℃。

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类(HFOs)物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明:与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。

新型制冷剂R1234ze(E)及其混合工质研究进展

低GWP值制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)作为R134a较为理想的替代品而被关注,但其单一成分的热力学性能和传输特性并不理想,在R1234ze(E)中混入R32成分可以有效改善其热力学性能。本文概述了低GWP值工质R1234ze(E)及其与R32混合物的热物性特征、传输特性及系统运行性能方面的研究现状,并与目前常用的制冷工质进行比较分析,指出R1234ze(E)与R32混合工质有望成为新型低GWP值替代工质。

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8 mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10 k W·m-2,质流密度范围为300~500 kg·m^(-2)·s^(-1)。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300 kg·m^(-2)·s^(-1)工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500 kg·m^(-2)·s^(-1),其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。

R1234ze(E)在水平圆管内流动沸腾换热过程中摩擦压降特性实验研究

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP而被广泛关注,有望在热泵中作为R134a的替代品。本文对R1234ze(E)在内径为8 mm水平管内流动沸腾过程中摩擦压降特性进行实验研究,并在相同实验工况下与R134a进行对比。实验研究的流动沸腾换热的饱和温度为10℃,热流密度为5.0 k W/m^2和10.0 k W/m^2,质流密度范围为300~500 kg/(m^2·s),并分析质流密度、热流密度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾过程中摩擦压降的影响。结果表明,在相同工况下R1234ze(E)的流动沸腾过程的摩擦压降略大于R134a,如质流密度为500 kg/(m^2·s)时,R1234ze(E)的平均摩擦压降值比R134a大8.4%左右。最后,将实验结果同四种摩擦压降经验关联式进行比较分析。

R1234ze/HCs非共沸混合工质热泵系统循环性能分析

在热泵热水器名义工况下,本文建立了热泵系统循环热力学模型,利用EES程序对混合工质R1234ze/HCs及对应的纯工质热泵系统循环性能进行了对比分析。结果表明:R1234ze/R600在质量分数(20/80)和R1234ze/R600a在质量分数(40/60)存在最优配比,对应的最大制热COP_h分别为3. 41和3. 32,而R1234ze/R290则呈现单调下降趋势。R1234ze/R600(20/80)系统的制热COP_h比R1234ze/R600a(40/60)、R1234ze、R290、R600、R600a系统分别高2. 7%、17%、0. 09%、16. 3%和17. 8%,排气温度为76. 9℃,冷凝压力为0. 711 MPa,压比为6. 32,有望成为新型替代工质。

新型环保制冷剂R1234ze/R600a PVTx性质

在Burnett原理基础上搭建了高精度PVT实验台,对新型环保混合制冷剂R1234ze/R600a进行了热物性测试。在温度范围为280.15~330.15 K时,测量了质量分数为80%/20%和75%/25%的R1234ze/R600a混合制冷剂的PVT性质,同时拟合出了相应温度与压力下该混合工质的密度与气体维里方程,为进一步研究该混合制冷剂作为新型替代制冷剂的性能提供了热物性参数。

微细通道内R1234ze(E)和R134a冷凝特性的数值模拟

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volume of fluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻力性能的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的换热系数和压降都随质量流速和干度的增大而增大。相同情况下,R1234ze(E)换热系数小于R134a,但压降大于R134a。R1234ze(E)的液膜厚度平均要比R134a薄15.7%。当气液两相都为湍流,有效热导率对不同工质在水平圆管内的冷凝换热性能有重要影响。R1234ze(E)在管内的液膜分布特性整体上和R134a相似。现有的关联式对R1234ze(E)的压降都存在一定的低估,平均绝对误差都在30%左右。

R1234ze(E)/R41混合工质用于热泵系统的可行性分析

通过分析R1234ze(E)/R41混合工质的环保及安全特性、溶油性、温度滑移和循环性能,对其应用于热泵系统的可行性进行了分析。对名义工况下该混合工质用于热泵热水器系统的循环性能进行了计算。结果表明:R1234ze(E)/R41最优质量配比为91/9,此时其对环境的影响较小,且与R22系统相比,其系统的制热性能系数COPh提高了14.15%,冷凝压力和排气温度均相对较低,但其压比略有升高;在最优质量配比区间内,R1234ze(E)/R41系统的COPh值变化较小。因此,R1234ze(E)/R41(91/9)可在热泵系统中替代R22。

R1234ze(E)与R32混合工质在热泵系统中替代R410A的实验研究

新型制冷剂R1234ze(E)因较低的GWP备受制冷行业关注,其与R32的混合工质作为热泵系统制冷剂的研究也在逐步展开,本文以R1234ze(E)/R32(质量配比:27%/73%,命名为L-41b,GWP=493)混合工质为研究对象,在人工环境室中设计并搭建了空气源热泵测试系统,对比研究了L-41b与R410A在热泵系统中的性能系数COP、压缩机功耗、制热量、排气温度和循环压比。结果表明:当恒定冷凝温度,蒸发温度从5℃增加到13℃时,R410A和L-41b的COP偏差从8.6%缩小到2.8%。当恒定蒸发温度,冷凝温度从30℃提高到42℃时,L-41b的运行性能系数COP的降幅小于R410A,变工况实验表明在相对高温区L-41b替代R410A具有较好的替代性能。

R1234ze(E)在多元醇脂油中溶解度的实验研究

R1234ze(E)(1,1,1,3-四氟丙烯)是当下具有较强替代潜能的环保制冷剂之一。本文搭建了溶解度测试实验系统,对R1234ze(E)在两种多元醇脂油中的溶解度进行测试,测试的温度范围为40~80℃,压力范围为0.123~0.360 MPa。采用PR状态方程和MHV2混合规则及NRTL活度系数模型对实验结果进行关联计算,得到不同温度下的交互系数及计算值与实验值的平均相对误差。结果表明:R1234ze(E)在两种多元醇脂油中的溶解度均随着温度的升高而降低,且R1234ze(E)在两种多元醇脂油中的平衡压力与溶解度之间存在立方函数关系。在两种多元醇酯油中,计算值与实验值的平均相对误差分别为1.68%和1.11%,可较好的描述R1234ze(E)在两种多元醇酯油中的相平衡行为。

采用R1234ze(E)/离子液体工质对的吸收式制冷循环性能分析

针对传统吸收式制冷工质对H_2O/LiBr和NH_3/H_2O等存在的问题,且含离子液体的工质对是一类有潜力的新型吸收式制冷工质对,选取烯烃类制冷剂R1234ze(E)与3种离子液体[Bmim][PF_6]、[Hmim][PF_6]和[Omim][PF_6]组成的工质对在单效吸收式制冷循环中的性能展开了研究。首先,运用NRTL活度系数模型关联了3种工质对的相平衡数据,建立了相关的热力学模型;其次,通过建立的热力学模型分析了不同发生温度、蒸发温度和冷凝温度时工质对的循环倍率、稀溶液与浓溶液的浓度差、系统性能系数以及■效率等的变化规律;最后,通过与文献中的R1234ze(E)以及其他离子液体(包括[Hmim][Tf_2N]、[Omim][BF_4]、[Hmim][BF_4]和[Emim][BF_4]等)组成的工质对在吸收式制冷循环中的性能进行了对比。研究结果表明:在冷凝温度为30℃时,3种工质对的性能在发生温度70℃时达到最大值,循环的■效率在65℃时达到最大,且工质对R1234ze(E)/[Omim][PF_6]的性能系数最大,可达到0.21,其■效率为0.089;R1234ze(E)/[Hmim][Tf_2N]系统性能最优,R1234ze(E)/[Emim][BF_4]的性能最低。研究结果可为后续新型制冷工质对在吸收制冷循环中的实际应用提供一定的参考。

R1234ze/R32混合工质替代R410A热泵热水机组性能研究

主要分析了2种配比的R1234ze/R32混合工质与R410A在不同工况条件下对空气源热泵热水器的运行性能研究;首先使用NIST软件进行了混合工质与纯工质的热力学性质及输运特性分析,表明混合工质的环评数据、热力学性能具有替代R410A工质的可行性,R1234ze中混入R32相比于纯R1234ze在循环性能上、导热性能有所提升。在此基础上搭建了热泵热水机组测试试验台。试验结果表明:在各对应工况下,混合工质的制热量均比R410A高且排气压力均比R410A低;随着测试环境温度的降低,虽然各工质的COP都呈现下降趋势,但混合工质机组的COP均高于R410A机组的COP且相差幅度增大。

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为:干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^(-2)·s^(-1),热通量12.4~18.6 k W·m^(-2)。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E)比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E)的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。

热泵热水器中R1234ze(E)/R32替代R22的可行性分析

本文分析了R1234ze(E)/R32混合工质的环保及安全特性、溶油性、温度滑移和饱和蒸气压力特性,对不同配比R1234ze(E)/R32混合工质在热泵热水器系统中的循环性能进行了理论分析,并与R22进行比较。结果表明:R1234ze(E)/R32混合制冷剂对环境影响较小,可燃性低,具有与R22相似的饱和蒸气压力曲线;可在较大配比范围实现对R22的替代,且存在最优质量配比(45/55),对应的COP_h达到4.744,较R22系统提高了8.81%,单位质量制热量和单位容积制热量分别增加了3.59%和27.59%,压比和排气温度均减小,但冷凝压力略有升高。

R1234ze(E)在水平管内流动沸腾换热特性的实验研究

近年来,低GWP值制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)作为R134a较为理想的替代品而被广泛关注。本文对R1234ze(E)在内径为8 mm水平圆管内流动沸腾换热特性进行实验研究,实验研究的流动沸腾换热的饱和温度为20°C,热流密度范围为(7.5~15)k Wm^(-2),质流密度范围为(200~400)kgm^(-2)s^(-1),入口干度0.075~0.785,并分析质流密度、热流密度以及干度对R1234ze(E)饱和流动沸腾换热系数的影响。将本实验结果同3种预估关联式进行比较,结果表明LIU等的关联式计算结果较优,预估值与75%的实验数据误差在±30%以内,平均偏差为23.9%。

制冷剂R1234ze在高温热泵中应用的对比研究

对比了R1234ze、R134a、R124、R142b等工质的热物理性质，分析了几种工质在高温热泵应用中相同工况下的压比、COP、压缩机排气量、排气温度等性能参数，论述了R1234ze用作高温热泵工质的可行性及R1234ze高温热泵机组的特性。结果表明R1234ze在高温热泵75～95℃工作区间内，具有系统制热COP高、压比适中、压缩机排气温度低等特点。同时，其良好的热物性、较低的GWP值决定了其可以应用于高温热泵中。

非共沸混合工质R1233zd(E)/R1234ze(E)最佳组分比的理论研究

通过对非共沸混合工质R1233zd(E)/R1234ze(E)的最佳混合比进行理论分析,根据优势互补原则选取0.65∶0.35为最佳组分比,并与R134a,R245fa,R1234ze(E),R1233zd(E),R134a/R245fa,R1234ze(E)/R245fa等工质在高温热泵工况下进行对比。结论表明:将R1233zd(E)/R1234ze(E)应用于70~100℃的高温工况是完全可行的;其具有冷凝压力低,COP和单位容积制热量高,排气温度适中等特点,可作为一种新型高温工质使用在高温热泵系统中。

R1234ze(E)/R32混合工质热泵系统性能的实验研究

低全球变暖潜能值(Global Warming Potential,GWP)制冷剂R1234ze(E)作为R410A较为理想的替代品而被关注。但是纯R1234ze(E)的热力学性能和传输特性并不出色。近期研究表明R1234ze(E)中混入R32成分可以有效提高其热力学性能。本文在空气源热泵测试实验系统中以R1234ze(E)/R32(质量配比为27%/73%,命名为L-41b,GWP为493)混合工质为研究对象,考察了R1234ze(E)和混合工质L-41b在实际热泵系统中的运行性能。与常规制冷工质R410A的运行性能在相同工况下进行了对比,在相对高温区中L-41b对R410A具有良好的替代性能。研究结果为R1234ze(E)及其与R32混合工质的产品设计开发提供了参考数据。