近共沸混合制冷剂R410A的研究进展

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２０ ０４年第 ３ ２卷第 ９ 期
表 １ １ ２与 Ｒ １Ａ的热 力 性质 ｔ ２ ４０ 物 性 Ｒ２ ２ ２４ １６ ６５ ２
３ ４ ．３
流
体
机
械
６ ｌ
热系数 随质量流量和热流量 的增加 而增加 。在低 热流量 （ｋ ｍ ） ， ４０ ５ ｗ／ ２时 Ｒ １Ａ在外径 为 ７ ｍ的光滑 ｍ
目前 对替代工质 的研 究工作主要集 中在对换 热规律 的试验 研究 ， 并根 据试 验结 果 综合 出表 面 传热 系数 的经 验 计算 式 。 国 内外 许 多学 者 已对 Ｒ １Ａ的两相换热规律 进行 了实验研究 ｌ 。 ４０ ２
３ １ 沸腾换 热及 压 降 ．
较多的是 螺 纹管 ， 文献 ［ ， ］ Ｒ １Ａ在 内螺纹 ４ ６ 对 ４０ 强化管 中的沸腾换 热特性进行 了研究 。 Ｇ ｔ 采 用 了外 径 为 ８ ０ ｍ 内 径 约 为 ｏ ｏ等 ． １ ｍ、 ７ ３ｍ ．０ ｍ的传统 内螺纹 管 和 外 径 为 ８ ０ ｍ 内径 ．０ ｍ、 约为 ７２ ｍ ． ｍ的人字形螺纹 管测量 了管 内 Ｒ ２与 ４ ２ Ｒ １Ａ的蒸发 表 面传 热 系数及 压 降ｌ ， ４０ ６ 试验 结 果 ｊ 表明， 在增强蒸发 和冷凝换 热 中， 人字形螺纹 管 比 传统 的螺纹 管更 有效 。 Ｙ ｎｃａ ｉ 等 的 试 验 中 还 包 括 了 微 翅 ｏｇｈｎＫｍ 管ｌ ， 究结果表 明 ：４ ０ ４研 Ｊ Ｒ １Ａ在 ９ ５ ｍ ．２ ｍ和 ７ ｍ微 ｍ 翅管 中的平 均蒸 发 表 面传 热 系 数 明显 优 于 光 滑 管 。光滑管 和微翅 管的压降都随蒸发温度 和质量 流量 的升高 而增 大 。研 究 中还 分 析 了质量 流量 、 热流量 、 蒸发温度 和管 径对 蒸发 表面传 热 系数 的 影响 ， 并将 Ｒ １Ａ在微翅 管 中的强 化换 热 因子作 ４０ 为质量 流量 、 热流量 、 蒸发温度和管径 的函数表 现
经验公式 。
动沸腾外 ， 根据蒸发器 的结构形式 ， 还有制冷剂在 管外沸腾换 热的情 况 ， 文献 ［ ］ ７ 中基于满液式蒸 发 器 中制冷剂 的换 热情 况 ， Ｒ １Ａ等 制冷剂 在光 对 ４０ 管和 Ｗ．Ｘ、 Ｂ两 种不 同参 数 的强化 管 外 沸腾 Ｔ Ｗ． 换热 的情 况进行 了研 究 。Ｃ ｉ ｈａ ｎ ｈ ｃｕｎＷａｇ等研究 ． 了多种工质包括 Ｒ １Ａ在饱 和温度为 ０Ｃ ２ ￣ ４０ ￣ 和 ０Ｃ 管外核态 沸腾 换热 性 能［ 得 出 ： 于 ｗ． 管 ， ， 对 Ⅸ 在给定的饱 和温 度下 ， ４０ Ｒ １Ａ的表 面传 热 系数最 大； 对于 ｗ． Ｂ管 ， ２ Ｒ ２和 Ｒ １Ａ的表 面 传热 系数 ４０
Ｒ １Ａ的 Ｏ Ｐ ＝０ Ｗ ＝０ ２ ， 优 于 Ｒ ２ ４０ Ｄ ，Ｇ Ｐ ．９ 均 ２ （Ｏ Ｐ为 ０ ０ Ｄ ．４～ ００ ， Ｗ 为 ０ ３ ． ＧＰ ６ ．２～０ ３ ） 即 ．７ ，
其替代研 究 已成为迫切需要解 决的问题 。 目前 国 际上一致看 好的 Ｒ ２ ２ 替代物 是 Ｒ ０ Ｃ Ｒ １Ａ ４ ７ 、 ４ ０ 。其 中 Ｒ １Ａ为近共沸混合物 ， ４０ 温度滑移微小 ， Ｒ ２ 是 ２ 的理 想替代物 。在 美 国和 １本 ， ４ ０ ３ Ｒ １Ａ已成 为房 间空 调 和组 合 空 调 系 统 中 Ｒ ２的 主要 替 代 物 。 ２ 我 国制冷 行业 也 面 临 着 Ｒ ２工 质 替 代 物 的重 大 ２ 课题 ， 因此有必要对 Ｒ ２的替 代工 质及 替代 过程 ２
度 的升高 而升高 。而在外 径为 ９ ５ ｍ ．２ ｍ的光 滑管
与微翅管 中 ， 发温 度对表 面传 热 系数 的影 响可 蒸
以忽 略 不 计 。
汽 化潜 热 （Ｊｋ） ｋ／ｇ
ＣＯＰ
１０ ７
ｌｏ ０
１ ８ ０
９ ３
比容 （５ ３ ℃时 ）ｃ ３ｇ （ｍ ／ ） 质量 流量 （ｇ ｈ ｋ／ ） 排 量 （ｍ／ ｃ ３周期 ）
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ａ ｚ ｏ ｒ ｐ ｃＲｅ ｒｇ ｒ ｎ ｉ ｔ ｒ １ ０ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｔｅ Ｎｅ ｒ Ａ ｅ ｔｏ ｉ ｆｉｅ ａ ｔＭ ｘｕ ｅ１４１ Ａ
Ｓ — ｅ ｇ， Ｉ Ｎ ａ— ｈ ｎ ， ＨＡＮＧ ａ － ａ ＨＩＹｉｄ ｎ Ｔ Ａ Ｈｕ ｉｚ ａ ｇ Ｚ Ｘｉｏ ｙ ｎ
ｔ ｎｆｒ ｐ ｆ ｍｍｎ ｅｏ ｘ ａ ｓｏ ｅ ｉｅ ｃｍｐｅｓｒａ ｄｏｌ ｒ ｎｒｄ ｃ ．ｔｉ ｉ ｏｔｎ ｏｋｆｒｂ ｔ ｒＵ ｅｏ ｅ ｔｒａ ｖ ｎ ｒ— ｒ ｓｅ ， ｏ ａ ｅ ｅ ｆｅ ｐ ｎｉｎｄ ｖｃ ，ｏ ｒｓｏ ｉａｅ ｉｔ ｕｅ Ｉ ｓ ｍｐ ｒ ｔｗ ｒ ｅｔ Ｓ ｆｎ ｗ ａ ｅｎ ｔ ｅ ｉ ｅ ｎ ｏ ｄ ａ ｏ ｅ ｌ ｉ
型， 制冷剂在水 平管 内的蒸 发过 程是 研究 制冷 剂 流动沸腾换热性能 、 进行蒸发 器设计的基础 ， 以 所 对 于这一换热情况 已进 行 了较多 的研究 。 Ｔｋ ｓｉ ｂ ｕ等在 空调实 际 的蒸发 和冷凝 环 ａｅ ｉ ｈＥ ｓ
境 下 ， Ｒ １Ａ、 ４７ 对 ４ ０ Ｒ ０ Ｃ和 Ｒ ２ 外径为 ７０ ｍ的 ２在 ．ｍ
的结 论 。
３ Ｒ １Ａ换热性能 的试 验研究 ４０
（） ２ 强化 管 为 了加强 制冷 空调 系统 中换 热 器 的换热效果 ， 多数换热 器都采用 了强化管 ， 大 对 于混合制 冷 剂 Ｒ １Ａ在 强 化管 中的传 热 性 能 已 ４０
有学者进行 了研究 。对换热表面 的强化 目前研 究
Ｒ ｌＡ ４０
温度 滑移 （ ） ℃
冷凝 压力 （４．℃时 ） ｋ ａ ５ ４ （Ｐ ） 蒸 发 压力 （ ．℃时 ） ｋ ａ ７２ （Ｐ ）
压 缩 比
＜ ． ０１
３ ８ （５ ％） ３９ １８ ｌｏ ０５
３ ３ ．７
管与微翅管 中的蒸发表面传热 系数 随蒸发 温度 的 降低 而升高 ， 热流 量 （５Ｗ／ ２ 时则 随蒸 发 温 高 １ｋ ｍ ）
ｆｉｅａ ｏ ｄ ａｒｃ ｎ ｔ ｎ ｓ ｓ ｍ ． ｒｇ ｒｔ ｎ ａ － ｏ ｄ ｉ ｙ ｔ ｉ ｎ ｉ ｉ ｏ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｅｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｎ ； ４１ Ａ； ｅ ｔｔ ｆｒ ａｔｒ ａ ｉｅ ｒ ｆｉｅ ａ ｔ Ｒ ０ ｈ ａ ｒ ｓｅ ｖ ｇ ｎ ａ
ｗ ｄ ｗｉｅ． ｔ ｄ ｅ ｆＲ ０ ａｔ ｒａ ｉｅ ｆｒ Ｒ２ ｏ ｄ ｄ Ｓｕ ｓｏ ４１ Ａ， ｌｅｎ ｔ ｏ ２， ｉ ｕ ｈ ａ ｐ ｃ ａｅ ｙ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ｅ ａ ｏ ａｉ ｎ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｎ ｈ ａ ｉ ｖ ｎ ｓ ｃ ｓ ｅ ｔ ａ ｓｆ ｔ ， ｙ ａ ｃ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ， ｖ ｐ ｒ ｔ ｏ ｄ ｎ ａ ｏ ｅ ｔ ｓ ｉ ｃ ｏ ｎ ｉ
石毅登 ， 田怀璋 ， 张小 艳
（ 西安 交通 大 学 ， 西西 安 陕 摘 ７０４ ） １ ９ ０
要 ： 介绍 了 目前 国 内外 对制 冷 空调 系统 替 代制 冷 剂 的有 关 研究 ， 冷剂 Ｒ２的替 代 物 Ｒ １Ａ的安 全环 保性 、 力 制 ２ ４０ 热
学性 能 、 发冷凝 换 热特性 、 节 流元件 中的性 能 以及对 现用 压缩 机及 润 滑油 的适 应性 等 方 面的研 究 现状 。该工 作 对 新 蒸 在 工质 Ｒ １Ａ如 何更 好地 适应 现 有 的制 冷空 调 系统很 有意 义 。 ４０ 关键 词 ： 替 代制 冷 剂 ；４０ ； 热 性能 Ｒ １Ａ 换 中 图分类 号 ： ｒ６ Ｂ４ 文献 标 识码 ： Ｂ
根据美 国标 准 Ａ Ｓ／ Ｓ Ｒ Ｅ ４ １８ ， 制 Ｎ １Ａ Ｈ Ａ ３－ ９ ９ 对
冷剂的安全性 主要考 虑其 毒性 和可燃 性 。Ｒ １Ａ ４０
是 由 Ｒ ２ Ｒ ２ （０ ：０ ｔ组 成 的二元 近共 沸 ３ 、 １５ ５ ％ ５ ％ｗ ）
收稿 日期 ： ２ｏ—０— １ ０３ ８ ２
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Ｆ Ｕ Ｄ ＭＡＣＨＩ ＲＹ Ｌ Ｉ ＮＥ
Ｖｏ ． ２， ｏ． ２ ０ １３ Ｎ ９， ０ ４
文章 编号 ： ｌｏ —＿３ ９ ２０ ）９ ０ ｏ ＿ ５ ０ ５ ｏ２ （０ ４ ０—０ ６ ＿ ｏ
近共 沸混合制 冷剂 Ｒ １Ａ的研 究进 展 ４０
１ 育 言 茸
混合 工质 ， 无毒 不可燃 ， 全性 制冷剂 。制冷剂 属安
的环保性 能主要 由两 个重 要 的环境 指标 来体 现 ，
Ｒ ２ 为应用 最 为广 泛 的 Ｈ Ｆ ｓ ２作 Ｃ Ｃ 类制 冷 剂 ，
即臭 氧 衰 减 指 数 Ｏ Ｐ 和 温 室 效 应 指 数 Ｇ Ｐ ， Ｄ Ｗ
出来 。 （） ３ 制冷 剂在 蒸发 器 中的沸腾 换热 除管 内流
制冷剂在管 内的流动沸腾换热是 蒸发器 中典 型的换 热过 程 ， 据 蒸 发 器 的结 果 ， Ｒ １Ａ管 根 对 ４０ 内流动沸腾换热及压 降 已进行 了许 多研究工作 。
（） １水平光 滑管
其 是组 成 蒸发 器 的常用 管
润 滑剂
４． ３１ ８ ５ １． ７４ ４
矿物 油
３． １１ ８ ０ ｌ． １８ ５
多元脂
Ｗｉｙ 和 Ｓａ 研 究 了蒸发 温度 为 ４ ４Ｃ、 ｊａ ａ ｐｔ ｚ ． ｃ 外
径 为 ９５ ｍ ． ｍ的光管 内 Ｒ ２ Ｒ １Ａ的蒸发 表面 ２ ２ 和 ４０ 传热 系数 ｌ ， 出 Ｒ １Ａ的蒸 发表 面传热 系数 比 ５得 ｊ ４０ Ｒ ２ ２ ％ ～６ ％ ， wk.baidu.com降 比 Ｒ ２低 ２ ％ ～３ ％ ２高 ３ ３ 其 ２ ０ ８
中的一些技术 问题进行深入研究 。 ２ Ｒ １Ａ的热物性分析 ４０
２ １ 安 全 环 保 性 ．
Ｒ １Ａ的安全环保性 能优于 Ｒ ２ ４０ ２。
２ ２ 热 力 性 能 ．
热力性 能是制 冷剂 筛选 的主要依 据 ， 代工 替 质 的热 力 性 能 不 能 与 原 制 冷 剂有 太 大 的 差 异 ， Ｒ １Ａ热 力性能与 Ｒ ２ ４０ ２ 最为接近 。表 １ 是某公 司 给出的在压 缩 机 转 速 为 ３０ ｒｒｎ 制 冷 量 为 ４ ５０／ ｉ， ａ ． ２ Ｗ 的测试 条件 下 ， ２ ｋ Ｒ ２与 Ｒ １Ａ的热力 性质 测 ４０ 试数据 ｌ 。
水平光 滑铜管 内的局部 表面传热系数 和压降进 行 了试 验研究ｌ 。研 究结 果表 明 ， ２ Ｊ 在干 度 为 ０ ４时 ． Ｒ １Ａ的蒸发表 面传热 系数 比 Ｒ ２高 ２ ％ ， 在 ４０ ２ ０ 但
干度为 ０ ６时 ， 种 制 冷 剂 表 面传 热 系 数相 近。 ． 两 Ｒ １Ａ蒸发表 面传 热 系数 与 Ｙ ｓｉ 推算 出 的公 ４０ ｏ ｄ ｈａ 式在高 干度区 （ ≥０ ４ 符 合得很 好 。蒸 发 和冷 ．） 凝 时的压降 Ｒ １Ａ比 Ｒ ２低 ３ ％。 同时还 推 导 ４０ ２ ０ 出了 Ｒ １Ａ在 蒸 发 和冷 凝 时 的两 相 摩擦 因子 的 ４０
（ ｉａ ｉ ｔ ｇＵ ｖ￣ ｔ， ｉａ １０ ９ Ｃ ｉａ ｘ ’ｎＪ ｏ ｎ ｍ ｅ ｉ Ｘ ’ｎ７ ０４ ，ｈｎ ） ａｏ ｙ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ａｔｒａｉｅ ｒｆｉｅａ ｔ ｉ ｅｒｇｒｔ ｎ ｓ ｓ ｍ ｄ ａｒｃｎ ｉｉｎ ｒａｅ ｉｔ ｄ ｃｄ， ｈｃ ｒ ｏ ｇｎ ｒｌ ｏ ｃ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｔ ｅｒｇ ｒｎｓ ｎ ｒｆｉｅａｉ ｙｔ ａ ｉ ｏ ｄｔ ｅ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ｗ ｈ ａｅ ｎ ｗ ｅ ｅａｌ ｃ ｎ ｅ ￣ｄ ｌ ｎ ｖ ｏ ｅ ｎ － ｏ ｏ ｉ ｙ
由表 １ 以看 出 ， ４０ 可 Ｒ １Ａ的容积制冷 量 、 能效
比以及质 量 流量 都 与 Ｒ ２非 常接 近 ， 蒸 发 、 ２ 但 冷 凝压力 比 Ｒ ２高 。Ｒ １Ａ属 于近共 沸 混合 物 ， ２ ４０ 相 变 过 程 中 气 液 相 浓 度 变 化 微 小 ， 度 滑 移 小 于 温 ０ １ 运行较 稳定 。 ．℃，