Tack för att du besöker Nature.com.Du använder en webbläsarversion med begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Dessutom, för att säkerställa löpande support, visar vi webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Visar en karusell med tre bilder samtidigt.Använd knapparna Föregående och Nästa för att gå igenom tre bilder åt gången, eller använd skjutknapparna i slutet för att gå igenom tre bilder åt gången.
Hemvärme- och kylsystem använder ofta kapilläranordningar.Användningen av spiralkapillärer eliminerar behovet av lätt kylutrustning i systemet.Kapillärtrycket beror till stor del på kapillärgeometrins parametrar, såsom längd, medeldiameter och avstånd mellan dem.Den här artikeln fokuserar på effekten av kapillärlängd på systemets prestanda.Tre kapillärer av olika längd användes i experimenten.Data för R152a undersöktes under olika förhållanden för att utvärdera effekten av olika längder.Maximal effektivitet uppnås vid en förångartemperatur på -12°C och en kapillärlängd på 3,65 m.Resultaten visar att systemets prestanda ökar med ökande kapillärlängd till 3,65 m jämfört med 3,35 m och 3,96 m.Därför, när längden på kapillären ökar med en viss mängd, ökar systemets prestanda.De experimentella resultaten jämfördes med resultaten av CFD-analys (Computational fluid dynamics).
Ett kylskåp är en kylapparat som innehåller ett isolerat fack, och ett kylsystem är ett system som skapar en kyleffekt i ett isolerat fack.Kylning definieras som processen att ta bort värme från ett utrymme eller ämne och överföra den värmen till ett annat utrymme eller ämne.Kylskåp används nu i stor utsträckning för att lagra mat som förstörs vid rumstemperatur, förstörelse från bakterietillväxt och andra processer är mycket långsammare i lågtemperaturkylskåp.Köldmedier är arbetsvätskor som används som kylflänsar eller köldmedier i kylprocesser.Köldmedier samlar upp värme genom att avdunsta vid låg temperatur och tryck och kondenseras sedan vid högre temperatur och tryck och frigör värme.Rummet verkar bli svalare när värmen kommer ur frysen.Kylningsprocessen sker i ett system som består av en kompressor, kondensor, kapillärrör och en förångare.Kylskåp är den kylutrustning som används i denna studie.Kylskåp används flitigt över hela världen, och denna apparat har blivit en nödvändighet i hushållet.Moderna kylskåp är mycket effektiva i drift, men forskning för att förbättra systemet pågår fortfarande.Den största nackdelen med R134a är att den inte är känd för att vara giftig men har en mycket hög global uppvärmningspotential (GWP).R134a för hushållskylskåp har inkluderats i Kyotoprotokollet till FN:s ramkonvention om klimatförändringar1,2.Därför bör användningen av R134a minskas avsevärt3.Ur miljö-, finans- och hälsosynpunkt är det viktigt att hitta kylmedel med låg global uppvärmning4.Flera studier har visat att R152a är ett miljövänligt köldmedium.Mohanraj et al.5 undersökte den teoretiska möjligheten att använda R152a och kolvätekylmedel i hushållskylskåp.Kolväten har visat sig vara ineffektiva som fristående köldmedier.R152a är mer energieffektiv och miljövänlig än utfasande köldmedier.Bolaji och andra.6.Prestandan hos tre miljövänliga HFC-köldmedier jämfördes i ett ångkompressionskylskåp.De drog slutsatsen att R152a kunde användas i ångkompressionssystem och kunde ersätta R134a.R32 har nackdelar som hög spänning och låg prestandakoefficient (COP).Bolaji et al.7 testade R152a och R32 som substitut för R134a i hushållskylskåp.Enligt studier är den genomsnittliga effektiviteten för R152a 4,7 % högre än den för R134a.Cabello et al.testat R152a och R134a i kylutrustning med hermetiska kompressorer.8. Bolaji et al9 testade R152a köldmedium i kylsystem.De drog slutsatsen att R152a var den mest energieffektiva, med 10,6 % lägre kylkapacitet per ton än den tidigare R134a.R152a visar högre volymetrisk kylkapacitet och effektivitet.Chavhan et al.10 analyserade egenskaperna hos R134a och R152a.I en studie av två köldmedier visade sig R152a vara den mest energieffektiva.R152a är 3,769 % effektivare än R134a och kan användas som en direkt ersättning.Bolaji et al.11 har undersökt olika låg-GWP-köldmedier som ersättning för R134a i kylsystem på grund av deras lägre globala uppvärmningspotential.Bland de utvärderade köldmedierna har R152a den högsta energiprestanda, vilket minskar elförbrukningen per ton kylning med 30,5 % jämfört med R134a.Enligt författarna måste R161 göras om helt innan den kan användas som ersättning.Olika experimentella arbeten har utförts av många inhemska kylforskare för att förbättra prestandan hos låg-GWP och R134a-blandade kylmedelssystem som en kommande ersättning i kylsystem12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 studerade prestandan hos flera miljövänliga köldmedier och deras kombination med R134a som ett potentiellt alternativ för olika ångkompressionstester.Systemet.Tiwari et al.36 använde experiment och CFD-analys för att jämföra prestanda hos kapillärrör med olika kylmedel och rördiametrar.Använd programvaran ANSYS CFX för analys.Den bästa spiralformade spoldesignen rekommenderas.Punia et al.16 undersökte effekten av kapillärlängd, diameter och spoldiameter på massflödet av LPG-köldmedium genom en spiralspiral.Enligt resultaten av studien kan justering av kapillärens längd i intervallet från 4,5 till 2,5 m öka massflödet med i genomsnitt 25%.Söylemez et al.16 utförde en CFD-analys av ett hushållskylskåp färskhetsfack (DR) med hjälp av tre olika turbulenta (viskösa) modeller för att få insikt i kylningshastigheten i fräschhetsfacket och temperaturfördelningen i luften och facket under laddning.Prognoserna för den utvecklade CFD-modellen illustrerar tydligt luftflödet och temperaturfälten inuti FFC.
Den här artikeln diskuterar resultaten av en pilotstudie för att fastställa prestandan hos hushållskylskåp som använder R152a-köldmedium, som är miljövänligt och inte har någon risk för ozonnedbrytningspotential (ODP).
I denna studie valdes 3,35 m, 3,65 m och 3,96 m kapillärer ut som testplatser.Experiment utfördes sedan med låg global uppvärmning R152a kylmedel och driftsparametrar beräknades.Köldmediets beteende i kapillären analyserades också med CFD-mjukvaran.CFD-resultaten jämfördes med experimentresultaten.
Som visas i figur 1 kan du se ett fotografi av ett 185 liters hushållskylskåp som användes för studien.Den består av en förångare, en hermetisk kolvkompressor och en luftkyld kondensor.Fyra tryckmätare är installerade vid kompressorns inlopp, kondensorinlopp och förångarens utlopp.För att förhindra vibrationer under testning är dessa mätare panelmonterade.För att avläsa termoelementets temperatur ansluts alla termoelements ledningar till en termoelementskanner.Tio temperaturmätningsanordningar är installerade vid förångarens inlopp, kompressorsug, kompressorutlopp, kylfack och inlopp, kondensorinlopp, frysfack och kondensorutlopp.Spännings- och strömförbrukningen rapporteras också.En flödesmätare ansluten till en rörsektion är fixerad på en träskiva.Inspelningar sparas var 10:e sekund med hjälp av Human Machine Interface (HMI)-enheten.Synglaset används för att kontrollera jämnheten i kondensatflödet.
En Selec MFM384 amperemeter med en inspänning på 100–500 V användes för att kvantifiera effekt och energi.En systemserviceport är installerad ovanpå kompressorn för laddning och påfyllning av köldmedium.Det första steget är att tömma ut fukten från systemet genom serviceporten.För att avlägsna eventuell förorening från systemet, spola det med kväve.Systemet laddas med en vakuumpump, som evakuerar enheten till ett tryck på -30 mmHg.Tabell 1 listar egenskaperna hos testriggen för hushållskylskåpet, och Tabell 2 listar de uppmätta värdena, såväl som deras räckvidd och noggrannhet.
Egenskaper för köldmedier som används i hushållskyl och frysar visas i tabell 3.
Testning utfördes enligt rekommendationerna i ASHRAE Handbook 2010 under följande förhållanden:
Dessutom, för säkerhets skull, gjordes kontroller för att säkerställa reproducerbarheten av resultaten.Så länge driftförhållandena förblir stabila registreras temperatur, tryck, köldmedieflöde och energiförbrukning.Temperatur, tryck, energi, effekt och flöde mäts för att bestämma systemets prestanda.Hitta kyleffekten och effektiviteten för specifikt massflöde och effekt vid en given temperatur.
Genom att använda CFD för att analysera tvåfasflöde i en spiralspiral för hushållskylskåp kan effekten av kapillärlängden enkelt beräknas.CFD-analys gör det enkelt att spåra vätskepartiklars rörelse.Köldmediet som passerar genom det inre av spiralspolen analyserades med CFD FLUENT-programmet.Tabell 4 visar dimensionerna på kapillärspolarna.
FLUENT-programvarans nätsimulator kommer att generera en strukturell designmodell och nät (figurerna 2, 3 och 4 visar ANSYS Fluent-versionen).Rörets vätskevolym används för att skapa gränsnätet.Detta är rutnätet som används för denna studie.
CFD-modellen utvecklades med hjälp av ANSYS FLUENT-plattformen.Endast det rörliga vätskeuniversumet är representerat, så flödet av varje kapillärserpentin modelleras i termer av kapillärens diameter.
GEOMETRY-modellen importerades till ANSYS MESH-programmet.ANSYS skriver kod där ANSYS är en kombination av modeller och tillagda randvillkor.På fig.4 visar pipe-3-modellen (3962,4 mm) i ANSYS FLUENT.Tetraedriska element ger högre enhetlighet, som visas i figur 5. Efter att ha skapat huvudnätet, sparas filen som ett nät.Sidan av spolen kallas inloppet, medan den motsatta sidan är vänd mot utloppet.Dessa runda ytor sparas som rörets väggar.Flytande media används för att bygga modeller.
Oavsett hur användaren känner för trycket valdes lösningen och 3D-alternativet.Kraftgenereringsformeln har aktiverats.
När flödet anses vara kaotiskt är det mycket icke-linjärt.Därför valdes K-epsilon-flödet.
Om ett användarspecificerat alternativ väljs kommer miljön att vara: Beskriver de termodynamiska egenskaperna hos köldmediet R152a.Formulärattribut lagras som databasobjekt.
Väderförhållandena är oförändrade.En inloppshastighet bestämdes, ett tryck på 12,5 bar och en temperatur på 45°C beskrevs.
Slutligen, vid den femtonde iterationen, testas lösningen och konvergerar vid den femtonde iterationen, som visas i figur 7.
Det är en metod för att kartlägga och analysera resultat.Plotta tryck- och temperaturdataslingor med hjälp av Monitor.Därefter bestäms det totala trycket och temperaturen och de allmänna temperaturparametrarna.Dessa data visar det totala tryckfallet över spolarna (1, 2 och 3) i figurerna 1 och 2. 7, 8 respektive 9.Dessa resultat extraherades från ett skenande program.
På fig.10 visar förändringen i effektivitet för olika längder av förångning och kapillär.Som kan ses ökar effektiviteten med ökande förångningstemperatur.Den högsta och lägsta verkningsgraden erhölls vid kapillärspännvidder på 3,65 m och 3,96 m.Om kapillärens längd ökas med en viss mängd kommer effektiviteten att minska.
Förändringen i kylkapacitet på grund av olika nivåer av förångningstemperatur och kapillärlängd visas i fig.11. Kapilläreffekten leder till en minskning av kylkapaciteten.Minsta kylkapacitet uppnås vid en kokpunkt på -16°C.Den största kylkapaciteten observeras i kapillärer med en längd på cirka 3,65 m och en temperatur på -12°C.
På fig.12 visar beroendet av kompressoreffekt på kapillärlängden och förångningstemperaturen.Dessutom visar grafen att effekten minskar med ökande kapillärlängd och minskande förångningstemperatur.Vid en förångningstemperatur på -16 °C erhålls en lägre kompressoreffekt med en kapillärlängd på 3,96 m.
Befintliga experimentella data användes för att verifiera CFD-resultaten.I detta test tillämpas ingångsparametrarna som används för den experimentella simuleringen på CFD-simuleringen.De erhållna resultaten jämförs med värdet av statiskt tryck.De erhållna resultaten visar att det statiska trycket vid utgången från kapillären är mindre än vid ingången till röret.Testresultaten visar att en ökning av kapillärens längd till en viss gräns minskar tryckfallet.Dessutom ökar det minskade statiska tryckfallet mellan inloppet och utloppet av kapillären kylsystemets effektivitet.De erhållna CFD-resultaten stämmer väl överens med de existerande experimentella resultaten.Testresultaten visas i figurerna 1 och 2. 13, 14, 15 och 16. Tre kapillärer av olika längd användes i denna studie.Rörlängderna är 3,35m, 3,65m och 3,96m.Det observerades att det statiska tryckfallet mellan kapillärinloppet och utloppet ökade när rörlängden ändrades till 3,35 m.Observera också att utloppstrycket i kapillären ökar med en rörstorlek på 3,35 m.
Dessutom minskar tryckfallet mellan kapillärens inlopp och utlopp när rörstorleken ökar från 3,35 till 3,65 m.Det observerades att trycket vid utloppet av kapillären sjönk kraftigt vid utloppet.Av denna anledning ökar effektiviteten med denna kapillärlängd.Dessutom minskar tryckfallet genom att öka rörlängden från 3,65 till 3,96 m igen.Det har observerats att över denna längd faller tryckfallet under den optimala nivån.Detta minskar COP för kylskåpet.Därför visar de statiska tryckslingorna att kapillären på 3,65 m ger bäst prestanda i kylskåpet.Dessutom ökar ett ökat tryckfall energiförbrukningen.
Av resultaten av experimentet kan man se att kylkapaciteten för kylmediet R152a minskar med ökande rörlängd.Den första batteriet har den högsta kylkapaciteten (-12°C) och den tredje batteriet har den lägsta kylkapaciteten (-16°C).Maximal effektivitet uppnås vid en förångartemperatur på -12 °C och en kapillärlängd på 3,65 m.Kompressoreffekten minskar med ökande kapillärlängd.Kompressoreffekten är maximal vid en förångartemperatur på -12 °C och minimum vid -16 °C.Jämför CFD och nedströms tryckavläsningar för kapillärlängd.Man kan se att situationen är densamma i båda fallen.Resultaten visar att systemets prestanda ökar när kapillärens längd ökar till 3,65 m jämfört med 3,35 m och 3,96 m.Därför, när längden på kapillären ökar med en viss mängd, ökar systemets prestanda.
Även om tillämpningen av CFD på termiska och kraftverk kommer att förbättra vår förståelse av dynamiken och fysiken i termiska analysoperationer, kräver begränsningar utveckling av snabbare, enklare och billigare CFD-metoder.Detta kommer att hjälpa oss att optimera och designa befintlig utrustning.Framsteg inom CFD-mjukvara kommer att möjliggöra automatiserad design och optimering, och skapandet av CFD:er över Internet kommer att öka tillgängligheten för tekniken.Alla dessa framsteg kommer att hjälpa CFD att bli ett moget område och ett kraftfullt ingenjörsverktyg.Således kommer tillämpningen av CFD inom värmeteknik att bli bredare och snabbare i framtiden.
Tasi, WT Miljöfaror och Hydrofluorocarbon (HFC) Exponering och explosionsrisk Granskning.J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Global uppvärmning på grund av HFC.onsdag.Konsekvensanalys.öppet 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S och Muralidharan S. Jämförande utvärdering av miljövänliga alternativ till R134a köldmedium i hushållskylskåp.energieffektivitet.1(3), 189-198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA och Falade, Jämförande prestandaanalys av tre ozonvänliga HFC-köldmedier i ångkompressionskylskåp.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Experimentell studie av R152a och R32 som substitut för R134a i hushållskylskåp.Energi 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. och Torrella E. Experimentell jämförelse av R152a och R134a köldmedier i kylenheter utrustade med hermetiska kompressorer.inre J. Kylskåp.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. och Borokhinni FO Energieffektivisering av miljövänliga köldmedier R152a och R600a som ersättning för R134a i ångkompressionskylsystem.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP och Mahajan, PS Experimentell utvärdering av effektiviteten av R152a som ersättning för R134a i ångkompressionskylsystem.inre J. Försvarsdepartementet.projekt.lagringstank.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO och Huang, Z. En studie om effektiviteten av vissa lågglobalvärmande fluorkolvätens köldmedier som ersättning för R134a i kylsystem.J. Ing.Termisk fysiker.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. och Bala PK Energianalys av HFC-152a, HFO-1234yf och HFC/HFO-blandningar som direkta substitut för HFC-134a i hushållskylskåp.Strojnicky Casopis J. Mech.projekt.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. och Chandrasekaran, P. CFD-analys av naturlig konvektiv värmeöverföring i stationära hushållskylskåp.IOP-session.TV-serien Alma mater.vetenskapen.projekt.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A. och Maiorino, A. HFO och dess binära blandning med HFC134a som köldmedium i hushållskylskåp: energianalys och miljökonsekvensbedömning.Applicera temperatur.projekt.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. och Zeng, W. Ersättning och optimering av köldmedier under begränsningar för minskning av växthusgasutsläpp.J. Pure.produkt.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. och Hartomagioglu S. Förutsäga kyltiden för hushållskylskåp med ett termoelektriskt kylsystem med hjälp av CFD-analys.inre J. Kylskåp.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB och Chahuachi, B. Experimentell och numerisk analys av spiralformade värmeväxlare för hushållskylskåp och vattenuppvärmning.inre J. Kylskåp.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. och Cabello R. Utvärdering av energipåverkan av olika alternativ till låg-GWP R134a köldmedium i dryckskylare.Experimentell analys och optimering av rena köldmedier R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a och R744.energiomvandling.att styra.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA et al.En fallstudie av experimentell och statistisk analys av energiförbrukningen i hushållskylskåp.aktuell forskning.temperatur.projekt.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. och Hartomagioglu S. Numerisk (CFD) och experimentell analys av ett hybridhushållskylskåp som innehåller termoelektriska och ångkompressionskylsystem.inre J. Kylskåp.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a som ett alternativt köldmedium till R-134a i hushållskylskåp: En experimentell analys.inre J. Kylskåp.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. och Masselli C. Blandning av HFC134a och HFO1234ze i hushållskylskåp.inre J. Hot.vetenskapen.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. och Koshy Matthews, P. Jämförelse av prestanda hos ångkompressionskylsystem som använder miljövänliga köldmedier med låg global uppvärmningspotential.intern J. Science.lagringstank.släpp.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. och Cauchy-Matthews, P. Termisk analys av ångkompressionskylsystem med användning av R152a och dess blandningar R429A, R430A, R431A och R435A.intern J. Science.projekt.lagringstank.3(10), 1-8 (2012).
Posttid: 2023-jan-14