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2024年第45卷第4期
- 摘要：随着基加利修正案在中国的通过实施，在我国汽车空调领域逐渐减少或淘汰R134a制冷剂已变成不可回避的事实，而目前国际上最主要的汽车空调替代制冷剂为R1234yf、CO2和R290，目前我国在3种替代制冷剂的选用方面还没有明确方向。德国等5国也在近日提出了对PFASs的限制法案建议，R1234yf也被纳入了受限名单，使用前景不容乐观。在此背景下，从环保性、安全性、经济性以及系统性能等方面对R1234yf、CO2和R290进行对比，总结了相关的研究成果和结论，并对最新的PFAS物质限制法案提案中涉及汽车空调的内容进行整理和分析，为我国汽车空调领域替代制冷剂的研究提供方向，并以此为基础对未来汽车空调替代制冷剂的选择进行展望。关键词：汽车空调;替代制冷剂;CO2;R1234yf;R290105|56|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：家用空调领域的制冷剂替代已经成为全球制冷空调行业共同关注的问题。对基加利修正案具体条款进行解析，以R410A制冷剂的GWP作为基线，选取不同的等效因子，计算不同国家地区在不同年份时的法规限值；在不同国家法规限制下选用R410A、R32、R454B、R161、R290中3种可用制冷剂进行组合来表征不同使用情景，按照基加利修正案GWP限值对HFCs制冷剂替代进程进行预测分析，讨论制冷剂充注量减少对其影响。结果表明：为满足基加利修正案要求，欧洲地区2024年R290占比须超过30%，成为主流制冷剂，而美国可以通过减少R454B充注量来实现不使用R290的可能性，中国地区在使用R290或R161的情况下即可满足GWP限值，没有二者同时应用的必要性。关键词：基加利修正案;制冷剂替代;家用空调68|61|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：通过热泵技术将生产/生活中的低品位余热提质增效具有广泛的应用潜力。其中，非共沸工质能够实现热泵循环换热过程中的温度匹配，实现余热资源的深度利用。基于水源热泵热水实验台对基于大滑移温度的CO2/R1234yf、CO2/R290、CO2/R600a和CO2/R32非共沸工质进行实验分析，并以R290工质作为对照，研究蒸发器与冷凝器同时满足大温差情况下的热泵性能表现。结果表明：非共沸工质充注量主要影响循环过冷度，进而影响系统COP，当CO2/R1234yf 的质量分数为15%/85%时，循环存在最优充注量，在实验工况（热源进水温度25 ℃，出水温度5 ℃；热汇进水温度15 ℃，出水温度45 ℃）下最优充注量对应的COP为 7.66。同时，在实验工况下，相较于R290单工质，CO2/R290工质对最优COP提升了75.2%，对应qv（单位容积制热量）提升了107.7%；CO2/R1234yf工质对最优COP提升了27.7%，对应qv提升了92.0%；CO2/R32工质对最优COP提升了15.0%；而CO2/R600a工质对最优COP仅提升1.7%，应用潜力较低。关键词：热泵;余热回收;非共沸混合物;滑移温度47|35|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：通过实验研究了上升管和下降管阻力对CO2、R134a和R410A 分离式热管传热性能的影响，分析了热管传热极限和传热热阻的变化规律。研究发现阻力变化对不同工质热管的影响不同，对于CO2热管，上升管阻力和下降管阻力对其传热性能的影响程度接近，当上升管或下降管阀门开度从90°降至30°时，CO2热管的传热极限均由1 200 W降为700 W。对于R134a和R410A热管而言，上升管阻力对其传热性能的影响更大，当上升管阀门开度从90°降至30°时，R410A热管的传热极限由1 300 W降为700 W，R134a热管则未出现正常运行状态，管内始终存在较大的过热过冷度，两种热管的传热热阻也显著增大。而下降管阻力增大对R134a和R410A热管的传热性能几乎无影响。因此，在实际工程设计中，CO2热管应采用上升管和下降管管径相同或相近的结构，而R134a和R410A 热管适合采用上升管管径明显大于下降管管径的结构，以达到节省管材的目的。关键词：分离式热管;制冷剂;流动阻力;传热极限;传热热阻34|24|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：R404A在轻商设备中应用广泛，目前《基加利修正案》中明确规定了制冷剂替代进程，R454C和R290由于GWP更低，成为商用冰箱中替代前景较好的制冷剂。为了对比这3种不同工质在商用冰箱中的应用性能，在焓差实验室中测试了4款不同规格的小型商用冰箱，并对比了R404A、R454C和R290系统的充注量、耗电量、材料成本与碳排放量等参数。研究结果表明：相比R404A系统，R454C系统24 h耗电量可降低约5%，总碳排放量减少约15%；替换为R290后，系统充注量大幅降低，仅为R404A的20.6%~34.3%，大幅降低了制冷剂充注成本，且24 h耗电量可降低约15%~30%，碳排放量降低25.3%~43.7%。关键词：R290;商用冰箱;制冷性能实验;碳排放量52|52|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：为减少温室气体的排放并提升供暖系统性能，提出了基于引射器与集成机械过冷的跨临界CO2热泵供暖系统（EJ-IMS），并构建热力学模型，以系统COP为目标函数，对过冷度和排气压力进行优化，并对系统在不同气候区典型城市使用的冬季供暖性能进行评估。结果表明：EJ-IMS系统存在最大COP、最优过冷度和排气压力。EJ-IMS系统的最优过冷度比集成机械过冷系统（IMS）低26.44%~39.21%，最优排气压力比基本系统（BASE）和带引射器系统（EJ）低0.27%~9.37%。相比3种常规系统，EJ-IMS系统的COP和效率分别提高6.09%~37.74%和6.75%~46.02%。EJ-IMS系统的供暖性能系数（HSPF）相对3种系统提高6.89%~29.61%，其更适用于严寒地区。可为高效CO2供暖系统的构建提供理论参考。关键词：集成机械过冷;引射器;跨临界CO2;热泵;供暖36|19|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：研究了R134a及其替代工质R513A在微通道管内流动沸腾时，干度、饱和温度、热流密度、质量通量对传热系数与压力梯度的影响，并横向对比了2种制冷剂在同一工况下的差异。测试工况覆盖了干度0~1，进口饱和温度10~30 ℃，热流密度2~8 kW/m2和质量通量100~200 kg/(m2·s)。结果表明：饱和温度对R134a的传热系数几乎无影响，对R513A的传热系数有轻微影响，高饱和温度下，制冷剂压力梯度更低。热流密度对二者的传热系数影响均很显著，当传热系数增至4倍，传热系数极值增幅超过30%，低干度下传热系数增幅超过80%；但对压力梯度影响不显著。质量通量对制冷剂在中间干度时影响较显著，且高于热流密度的影响，其翻倍后传热系数上升超过50%，同时质量通量对压力梯度影响巨大。横向对比R134a与R513A相同工况下流动沸腾特性不同，R513A的传热系数较高且压力梯度较低。关键词：低GWP制冷剂;流动沸腾;微通道管43|32|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：跨临界CO2热系统是解决电动车“低温续航衰减”和“热系统工质温室效应强”主要问题的最佳技术之一，而电动车多变场景耦合跨临界循环复杂性，系统性能及运行稳定性强依赖于充注量。通过仿真研究了跨临界CO2热系统在不同工况下的CO2充注量定量需求变化规律。重点研究了环境温度、室内风量和室外风速这3个关键因素对不同模式下的系统制冷剂需求量的影响机理和定量表征；并探讨了在非适充场景下的系统动态特性。结果表明：热泵模式下，制冷剂需求下限随环境温度的升高、室内风量的降低和室外风速的增加而增大，其定量影响幅度为18.6%、6.16%和18.9%。制冷模式下，制冷剂需求下限则随环境温度的降低、室内风量的降低和室外风速的增加而增大，其定量影响幅度为7.03%、7.85%和2.27%。在非适充工况下，因非适充下的系统控制量与目标量作用关系发生潜在变化，导致系统出现失控，需要通过制冷剂分布调控缓解特殊工况的系统不稳定性。研究结果对于优化电动汽车空调系统储液器设计、提高其能效和舒适性具有重要参考价值。关键词：电动汽车;CO2热管理系统;充注量需求;系统失稳42|31|0发布时间：2024-09-02
制冷剂替代技术专栏
- 摘要：电卡效应制冷是一种新兴的绿色固态制冷技术，由于具有成本低、COP高及可微型化等优点被认为是取代传统压缩机制冷的选择之一。现今阻碍电卡制冷器件应用的主要问题是电卡材料单片温变不足，在器件设计中采用回热式或串联式结构可将材料温变放大至工程应用量级。介绍了串联式电卡制冷器件中热开关装置的概念、性能指标及目前国内外相关研究成果并结合电卡效应原理分析了不同种类热开关在电卡制冷器件中的适配性。介绍了回热式和串联式电卡制冷原型器件的研究成果，基于串联式电卡制冷器件进行模拟计算，分析热开关装置的性能对制冷器件性能的影响。串联式结构理论上更适配于电卡制冷器件，利用电场驱动流体介质的热开关装置响应速度快、断开热阻大的特点可以帮助串联式电卡制冷器件突破现今技术瓶颈，从而发挥电卡制冷技术在各制冷系统领域的技术潜力。关键词：热开关;电卡效应;固态制冷技术;热管理技术49|49|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：电子行业的迅猛发展使电子设备的热流密度急剧攀升。高效的散热方法，能够显著降低设备的工作温度，提升其性能并延长使用寿命。为进一步降低芯片的最高使用温度，提出一种基于形状记忆合金(SMA)弹热效应的电子芯片热控方法，即将卸载过程中产生的冷能通过流体介质输送至具有良好散热性能的电子芯片微通道散热器热控系统中。利用FLUENT软件，分析三维条件下系统的传热特性。结果表明：冷却后的传热流体进一步降低芯片的最高温度达5.5 K，微通道散热器性能提高约10.7%。经参数分析发现，提高制冷系统的循环频率和冷却液体积流量可以显著提高其制冷能力，循环频率为0.25 Hz和0.33 Hz时分别可提高68%和92%。关键词：散热;弹热效应;微通道散热器;制冷系统;制冷能力41|31|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：离心式逆布雷顿循环（CRBC）是一种利用离心力势能-压力能转换的制冷循环，工质在旋转管内的离心和向心流动实现高效压缩和膨胀过程，为提升气体制冷循环的效率提供了潜在可能性。以CO2为制冷工质，水为冷却介质，建立了离心式逆布雷顿制冷系统的热力学模型，并进行分析，研究系统的效率及损分布情况，为系统的评估及改进提供理论依据。研究结果表明：在相同送风温度下，加热器进口温度存在优化可能，系统最大损率出现在离心等温压缩、绝热压缩和向心绝热膨胀流动过程，分别约为20%，空气冷却过程和离心绝热压缩流动过程的损率较小且与加热器进口温度呈相反的变化趋势。离心式逆布雷顿循环的效高达19.2%，远高于CO2逆布雷顿循环的8.1%、开式空气逆布雷顿循环的4.9%和闭式空气逆布雷顿循环的2.3%。关键词：逆布雷顿循环;CO2制冷循环;超重力场;分析35|20|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：为降低CO2制冰系统能耗，提高系统性能，提出了双级压缩中间完全冷却引射膨胀直冷制冰系统（TCEIS）。通过构建热力学模型，分析了关键参数对系统性能的影响，在此基础上对TCEIS应用于不同季节和城市的COPR+HR、年耗电量和热回收量及年运行费用和热回收收益进行了研究，并与双级压缩直冷制冰系统（TCS）、双级压缩中间完全冷却直冷制冰系统（TCIS）和单级压缩引射膨胀直冷制冰系统（ES）进行对比。结果表明：在考虑热回收的情况下，TCEIS具有最高的COPR+HR，且在越炎热的季节和城市优势越明显。TCEIS在广州运行时，在分别满足冬季（410.989 kW）、过渡季（542.092 kW）和夏季（701.353 kW）制冷负荷的需求下，年运行成本相较于TCIS、TCS和ES可分别减少10.76万元、39.79万元和58.31万元。可为CO2直冷制冰系统的构建和应用提供理论参考。关键词：直冷制冰;性能系数;经济性分析;双级压缩;喷射器;CO237|27|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：以直接蒸发式室内CO2人工冰场为研究对象，通过建立室内冰场稳定温度场数学模型，分析了当蒸发温度为-13 ℃，采用12.7 mm大管径铜管供冷时，室内人工冰场场地的质流密度、排管间距、含油率等因素对冰面温度和冰面温差的影响。结果表明：润滑油含量增加会增大管内压降及冰面进出口处的温差，但由于研究的管径和质流密度相对较大，影响幅度较小；供冷排管的间距和质流密度是影响冰面温度分布的主要因素；随着排管间距和质流密度的增大，冰面温差增大。为保证冰面温差在0.5 ℃以内，推荐的质流密度应小于200 kg/(m2·s)，排管间距应小于90 mm。关键词：CO2;直接蒸发;人工冰场;冰面温度29|16|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：针对低蒸发温度下跨临界CO2制冷系统实验研究较少的现状，设计搭建了带喷射器的跨临界CO2两级压缩制冷实验台，在蒸发温度为-33~-29 ℃，气冷器出口温度为30~40 ℃，高压压力为8.20~9.70 MPa的实验工况下研究制冷系统的性能变化，并将实验结果与理论计算结果进行对比。研究结果表明：实验结果与理论热力学计算结果变化趋势一致，喷射器的应用可显著提升跨临界CO2两级压缩制冷系统的性能，其对制冷系统COP的最大提升率可达29.37%；在实验工况下，带喷射器的跨临界CO2两级压缩制冷系统的最优高压压力为8.80 MPa，对应的最优COP为1.63；带喷射器的跨临界CO2两级压缩制冷系统的制冷量和COP随蒸发温度的升高而增大；气冷器出口温度对制冷系统的性能影响显著，随着气冷器出口温度从30 ℃升至40 ℃，制冷系统的COP降低61.4%。这些研究成果可为带喷射器的跨临界CO2两级压缩制冷系统的研究提供参考。关键词：跨临界两级压缩;喷射器;低蒸发温度;CO2;制冷性能34|24|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：为研究短型线的汽车空调涡旋压缩机的补气特性，以一款排量为38 cm3/r的电动汽车补气式涡旋压缩机为例，建立了三维非稳态数值计算模型，并通过实验数据验证了模型的准确性，误差在9.5%以内。通过模型分别研究补气压力和补气温度对涡旋压缩机性能的影响，结果表明：在补气过热度不变的情况下，随着补气压力的升高，压缩机排气温度先减小后逐渐增加，制热量呈增加趋势，当转速为5 000 r/min和6 000 r/min时，制热量最大增幅分别为20.5%和17.1%，制热COP先上升后下降，2种转速下有补气时制热COP的最大值较无补气时分别增加3.9%和2.3%，压缩机效率均先增大后减小，容积效率逐渐降低；在补气压力不变的情况下，随着补气温度的增加，排气温度略有增加，压缩机功耗、制热量及制热COP几乎保持不变；相较于补气温度，补气压力对压缩机性能的影响更大。关键词：电动汽车涡旋压缩机;补气增焓;补气压力;补气温度36|44|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：蛇形微通道因结构紧凑和换热能力强的特点在高新技术领域中具有较大的研究价值，目前对微细尺度蛇形通道内全流型演变过程中的压降研究分析相对较少。通过实验的方法研究了当量直径为0.65 mm和弯管段曲率半径为1.2、1.8、2.4 mm的蛇形微通道内绝热流动和沸腾流动气液两相压降变化规律。根据实验计算了质量流速为600 kg/(m2·s)时压降的占比情况，分析了质量流速为600、1 200、1 800、2 400 kg/(m2·s)时压降的变化情况，并与文献中压降经验关联式进行对比，发现文献中大部分已有关联式并不适用于蛇形微通道内气液两相流型的预测。关键词：微通道;两相流;摩擦压降;流动沸腾;相变换热37|32|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：空调小管径换热器可降低成本、减少制冷剂充注量，对实现节能减排意义重大。对5 mm单排管空调冷凝器的平直翅片进行优化，以代替一款7 mm单排管空调冷凝器。优化对象为管间距、片宽和翅片间距，优化目标为增大换热量、减小空气侧压降并降低成本。选用田口法进行实验设计和单目标优化，用灰色关联度分析和综合性能指标法进行多目标优化，最终优化结果为管间距16.0 mm，片宽16 mm，片距1.4 mm，换热量与D7管原型机持平，压降降低35%，成本降低26%，可成功代替7 mm冷凝器。关键词：空调冷凝器;平直翅片;田口法;灰色关联度;综合性能指标;优化53|59|0发布时间：2024-09-02
- 摘要：真空升华-复水解冻方法作为一种新型解冻方法，具有广阔前景。为深入了解新型真空升华-复水解冻方法的过程机理并优化其解冻工艺，采用新鲜猪里脊肉为对象，研究了复水量对解冻时间、解冻效果和系统比能耗等解冻性能的影响，并与传统真空蒸汽解冻方法进行对比研究。结果表明：在真空升华-复水解冻方法中复水量对复水解冻阶段中传热传质过程有重要影响，不同复水量下表现出的解冻性能差异较大。当进入单位容积真空箱的复水量为0.013 5 mL/cm3时，解冻效率和能耗及解冻后冻品品质效果最优。与传统真空蒸汽解冻方法相比，该方法可将解冻时间缩短55%，解冻损失率、总色差和系统比能耗可分别降低85%、77%、47%，且能保证解冻后猪肉更好的质构参数。关键词：真空升华-复水解冻;复水量;解冻效率;解冻效果（品质）;比能耗32|40|0发布时间：2024-09-02
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