Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Afișează un carusel de trei diapozitive simultan.Utilizați butoanele Anterior și Următorul pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan sau utilizați butoanele glisante de la sfârșit pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan.
Sistemele de încălzire și răcire a locuințelor folosesc adesea dispozitive capilare.Utilizarea capilarelor spiralate elimină nevoia de echipamente de refrigerare ușoare în sistem.Presiunea capilară depinde în mare măsură de parametrii geometriei capilare, cum ar fi lungimea, diametrul mediu și distanța dintre ele.Acest articol se concentrează asupra efectului lungimii capilare asupra performanței sistemului.În experimente au fost utilizate trei capilare de lungimi diferite.Datele pentru R152a au fost examinate în diferite condiții pentru a evalua efectul diferitelor lungimi.Eficiența maximă este atinsă la o temperatură de evaporator de -12°C și o lungime capilară de 3,65 m.Rezultatele arată că performanța sistemului crește odată cu creșterea lungimii capilare la 3,65 m față de 3,35 m și 3,96 m.Prin urmare, atunci când lungimea capilarului crește cu o anumită cantitate, performanța sistemului crește.Rezultatele experimentale au fost comparate cu rezultatele analizei de dinamică computațională a fluidelor (CFD).
Un frigider este un aparat frigorific care include un compartiment izolat, iar un sistem de refrigerare este un sistem care creează un efect de răcire într-un compartiment izolat.Răcirea este definită ca procesul de îndepărtare a căldurii dintr-un spațiu sau substanță și transferul acelei călduri într-un alt spațiu sau substanță.Frigiderele sunt acum utilizate pe scară largă pentru a stoca alimente care se strică la temperatura ambiantă, alterarea din cauza creșterii bacteriilor și a altor procese este mult mai lentă în frigiderele cu temperatură joasă.Agenții frigorifici sunt fluide de lucru utilizate ca radiatoare sau agenți frigorifici în procesele de refrigerare.Agenții frigorifici colectează căldură prin evaporare la temperatură și presiune scăzută și apoi se condensează la temperatură și presiune mai ridicate, eliberând căldură.Camera pare să se răcească pe măsură ce căldura scapă din congelator.Procesul de răcire are loc într-un sistem format dintr-un compresor, condensator, tuburi capilare și un evaporator.Frigiderele sunt echipamentele frigorifice utilizate în acest studiu.Frigiderele sunt utilizate pe scară largă în toată lumea, iar acest aparat a devenit o necesitate casnică.Frigiderele moderne sunt foarte eficiente în funcționare, dar cercetările pentru îmbunătățirea sistemului sunt încă în desfășurare.Principalul dezavantaj al R134a este că nu se știe că este toxic, dar are un potențial de încălzire globală (GWP) foarte mare.R134a pentru frigiderele de uz casnic a fost inclus în Protocolul de la Kyoto al Convenției-cadru a Națiunilor Unite privind schimbările climatice1,2.Cu toate acestea, prin urmare, utilizarea R134a ar trebui redusă semnificativ3.Din punct de vedere al mediului, financiar și al sănătății, este important să găsim agenți frigorifici cu încălzire globală scăzută4.Mai multe studii au demonstrat că R152a este un agent frigorific prietenos cu mediul.Mohanraj et al.5 au investigat posibilitatea teoretică de a utiliza R152a și agenți frigorifici cu hidrocarburi în frigiderele de uz casnic.S-a constatat că hidrocarburile sunt ineficiente ca agenți frigorifici autonomi.R152a este mai eficient din punct de vedere energetic și mai ecologic decât agenții frigorifici treptat.Bolaji şi alţii.6.Performanța a trei agenți frigorifici HFC ecologici a fost comparată într-un frigider cu compresie de vapori.Ei au ajuns la concluzia că R152a ar putea fi utilizat în sistemele de compresie a vaporilor și ar putea înlocui R134a.R32 are dezavantaje, cum ar fi tensiune înaltă și coeficient de performanță scăzut (COP).Bolaji et al.7 au testat R152a și R32 ca înlocuitori pentru R134a în frigiderele de uz casnic.Potrivit studiilor, eficiența medie a R152a este cu 4,7% mai mare decât cea a R134a.Cabello et al.testat R152a și R134a în echipamente frigorifice cu compresoare ermetice.8. Bolaji et al9 au testat agentul frigorific R152a în sistemele frigorifice.Ei au ajuns la concluzia că R152a a fost cel mai eficient energetic, cu 10,6% mai puțină capacitate de răcire pe tonă decât R134a anterior.R152a prezintă o capacitate de răcire volumetrică și o eficiență mai mare.Chavhan și colab.10 au analizat caracteristicile R134a și R152a.Într-un studiu pe doi agenți frigorifici, s-a constatat că R152a este cel mai eficient din punct de vedere energetic.R152a este cu 3,769% mai eficient decât R134a și poate fi folosit ca înlocuitor direct.Bolaji și colab.11 au investigat diverși agenți frigorifici cu GWP scăzut ca înlocuitori pentru R134a în sistemele de refrigerare din cauza potențialului lor de încălzire globală mai scăzut.Dintre agenții frigorifici evaluați, R152a are cea mai mare performanță energetică, reducând consumul de energie electrică pe tonă de refrigerare cu 30,5% față de R134a.Potrivit autorilor, R161 trebuie să fie complet reproiectat înainte de a putea fi folosit ca înlocuitor.Diverse lucrări experimentale au fost efectuate de mulți cercetători domestici în domeniul frigorific pentru a îmbunătăți performanța sistemelor de refrigerare cu GWP scăzut și amestecat cu R134a, ca înlocuitor viitor în sistemele de refrigerare12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran și colab.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 au studiat performanța mai multor agenți frigorifici ecologici și combinarea acestora cu R134a ca alternativă potențială pentru diverse teste de compresie a vaporilor.Sistem.Tiwari et al.36 au folosit experimente și analize CFD pentru a compara performanța tuburilor capilare cu diferiți agenți frigorifici și diametre ale tuburilor.Utilizați software-ul ANSYS CFX pentru analiză.Se recomandă cel mai bun design elicoidal.Punia și colab.16 au investigat efectul lungimii capilare, diametrului și diametrului bobinei asupra fluxului de masă al agentului frigorific GPL printr-o bobină spiralată.Conform rezultatelor studiului, ajustarea lungimii capilarului în intervalul de la 4,5 la 2,5 m permite creșterea debitului masic cu o medie de 25%.Söylemez et al.16 au efectuat o analiză CFD a unui compartiment de prospețime al frigiderului de uz casnic (DR) folosind trei modele diferite turbulente (vâscoase) pentru a obține o perspectivă asupra vitezei de răcire a compartimentului de prospețime și a distribuției temperaturii în aer și compartiment în timpul încărcării.Prognozele modelului CFD dezvoltat ilustrează clar câmpurile de flux de aer și temperatură din interiorul FFC.
Acest articol discută rezultatele unui studiu pilot pentru a determina performanța frigiderelor de uz casnic care utilizează agent frigorific R152a, care este ecologic și nu prezintă riscul de epuizare a ozonului (ODP).
În acest studiu, au fost selectate ca locuri de testare capilare de 3,35 m, 3,65 m și 3,96 m.Au fost apoi efectuate experimente cu agent frigorific R152a cu încălzire globală scăzută și s-au calculat parametrii de funcționare.Comportamentul agentului frigorific în capilar a fost de asemenea analizat folosind software-ul CFD.Rezultatele CFD au fost comparate cu rezultatele experimentale.
După cum se arată în Figura 1, puteți vedea o fotografie a unui frigider de uz casnic de 185 de litri folosit pentru studiu.Este format dintr-un evaporator, un compresor ermetic cu piston și un condensator răcit cu aer.Patru manometre sunt instalate la admisia compresorului, la admisia condensatorului și la ieșirea din evaporator.Pentru a preveni vibrațiile în timpul testării, aceste contoare sunt montate pe panou.Pentru a citi temperatura termocuplului, toate firele termocuplului sunt conectate la un scaner de termocuplu.Zece dispozitive de măsurare a temperaturii sunt instalate la intrarea în evaporator, aspirația compresorului, descărcarea compresorului, compartimentul și admisia frigiderului, admisia condensatorului, compartimentul congelator și ieșirea condensatorului.Se raportează și consumul de tensiune și curent.Un debitmetru conectat la o secțiune de țeavă este fixat pe o placă de lemn.Înregistrările sunt salvate la fiecare 10 secunde folosind unitatea Human Machine Interface (HMI).Vizorul este utilizat pentru a verifica uniformitatea fluxului de condens.
A fost folosit un ampermetru Selec MFM384 cu o tensiune de intrare de 100–500 V pentru a cuantifica puterea și energia.Un port de service al sistemului este instalat deasupra compresorului pentru încărcarea și reîncărcarea agentului frigorific.Primul pas este drenarea umidității din sistem prin portul de service.Pentru a elimina orice contaminare din sistem, clătiți-l cu azot.Sistemul este încărcat cu ajutorul unei pompe de vid, care evacuează unitatea la o presiune de -30 mmHg.Tabelul 1 enumeră caracteristicile instalației de testare a frigiderelor de uz casnic, iar Tabelul 2 prezintă valorile măsurate, precum și intervalul și precizia acestora.
Caracteristicile agenților frigorifici utilizați în frigiderele și congelatoarele de uz casnic sunt prezentate în Tabelul 3.
Testarea a fost efectuată conform recomandărilor ASHRAE Handbook 2010 în următoarele condiții:
În plus, pentru orice eventualitate, s-au făcut verificări pentru a asigura reproductibilitatea rezultatelor.Atâta timp cât condițiile de funcționare rămân stabile, se înregistrează temperatura, presiunea, debitul de agent frigorific și consumul de energie.Temperatura, presiunea, energia, puterea și debitul sunt măsurate pentru a determina performanța sistemului.Găsiți efectul de răcire și eficiența pentru debitul de masă și puterea specifică la o temperatură dată.
Folosind CFD pentru a analiza fluxul în două faze într-o bobină spirală de frigider de uz casnic, efectul lungimii capilare poate fi calculat cu ușurință.Analiza CFD facilitează urmărirea mișcării particulelor fluide.Agentul frigorific care trece prin interiorul serpentinei spiralate a fost analizat folosind programul CFD FLUENT.Tabelul 4 prezintă dimensiunile bobinelor capilare.
Simulatorul de plasă software FLUENT va genera un model de proiectare structurală și o plasă (Figurile 2, 3 și 4 arată versiunea ANSYS Fluent).Volumul de fluid al conductei este utilizat pentru a crea ochiurile de delimitare.Aceasta este grila folosită pentru acest studiu.
Modelul CFD a fost dezvoltat folosind platforma ANSYS FLUENT.Este reprezentat doar universul fluidului în mișcare, astfel încât fluxul fiecărei serpentine capilare este modelat în funcție de diametrul capilarului.
Modelul GEOMETRIE a fost importat în programul ANSYS MESH.ANSYS scrie cod în care ANSYS este o combinație de modele și condiții la limită adăugate.Pe fig.4 prezintă modelul pipe-3 (3962,4 mm) în ANSYS FLUENT.Elementele tetraedrice asigură o uniformitate mai mare, așa cum se arată în Figura 5. După crearea rețelei principale, fișierul este salvat ca rețea.Partea bobinei se numește intrare, în timp ce partea opusă este orientată spre ieșire.Aceste fețe rotunde sunt salvate ca pereții conductei.Mediile lichide sunt folosite pentru a construi modele.
Indiferent de modul în care utilizatorul simte presiunea, a fost aleasă soluția și a fost aleasă opțiunea 3D.Formula de generare a energiei a fost activată.
Când fluxul este considerat haotic, este foarte neliniar.Prin urmare, a fost ales fluxul K-epsilon.
Dacă este selectată o alternativă specificată de utilizator, mediul va fi: Descrie proprietățile termodinamice ale agentului frigorific R152a.Atributele formularului sunt stocate ca obiecte de bază de date.
Condițiile meteo rămân neschimbate.S-a determinat o viteză de intrare, s-a descris o presiune de 12,5 bar și o temperatură de 45 °C.
În cele din urmă, la a cincisprezecea iterație, soluția este testată și converge la a cincisprezecea iterație, așa cum se arată în Figura 7.
Este o metodă de cartografiere și analiză a rezultatelor.Trasează buclele de date de presiune și temperatură folosind Monitor.După aceea, se determină presiunea totală și temperatura și parametrii generali de temperatură.Aceste date arată căderea totală de presiune pe bobine (1, 2 și 3) în figurile 1 și 2. 7, 8 și, respectiv, 9.Aceste rezultate au fost extrase dintr-un program de fuga.
Pe fig.10 arată modificarea eficienței pentru diferite lungimi de evaporare și capilară.După cum se poate observa, eficiența crește odată cu creșterea temperaturii de evaporare.Cele mai mari și mai mici eficiențe au fost obținute la atingerea unor deschideri capilare de 3,65 m și 3,96 m.Dacă lungimea capilarului este mărită cu o anumită cantitate, eficiența va scădea.
Modificarea capacității de răcire datorită diferitelor niveluri de temperatură de evaporare și lungimii capilare este prezentată în fig.11. Efectul capilar duce la scăderea capacității de răcire.Capacitatea minimă de răcire se realizează la un punct de fierbere de -16°C.Cea mai mare capacitate de răcire se observă la capilarele cu o lungime de aproximativ 3,65 m și o temperatură de -12°C.
Pe fig.12 arată dependența puterii compresorului de lungimea capilară și temperatura de evaporare.În plus, graficul arată că puterea scade odată cu creșterea lungimii capilare și scăderea temperaturii de evaporare.La o temperatură de evaporare de -16 °C se obține o putere mai mică a compresorului cu o lungime capilară de 3,96 m.
Datele experimentale existente au fost utilizate pentru a verifica rezultatele CFD.În acest test, parametrii de intrare utilizați pentru simularea experimentală sunt aplicați simulării CFD.Rezultatele obţinute sunt comparate cu valoarea presiunii statice.Rezultatele obtinute arata ca presiunea statica la iesirea din capilar este mai mica decat la intrarea in tub.Rezultatele testului arată că mărirea lungimii capilarului până la o anumită limită reduce căderea de presiune.În plus, căderea redusă de presiune statică între intrarea și ieșirea capilarului crește eficiența sistemului de refrigerare.Rezultatele CFD obținute sunt în acord cu rezultatele experimentale existente.Rezultatele testelor sunt prezentate în figurile 1 și 2. 13, 14, 15 și 16. În acest studiu au fost utilizate trei capilare de lungimi diferite.Lungimile tubului sunt de 3,35 m, 3,65 m și 3,96 m.S-a observat că scăderea de presiune statică între intrarea și ieșirea capilară a crescut atunci când lungimea tubului a fost modificată la 3,35 m.De asemenea, rețineți că presiunea de ieșire în capilar crește cu o dimensiune a conductei de 3,35 m.
În plus, căderea de presiune între intrarea și ieșirea capilarului scade pe măsură ce dimensiunea conductei crește de la 3,35 la 3,65 m.S-a observat că presiunea la ieșirea capilarului a scăzut brusc la ieșire.Din acest motiv, eficiența crește cu această lungime capilară.În plus, creșterea lungimii conductei de la 3,65 la 3,96 m reduce din nou căderea de presiune.S-a observat că pe această lungime căderea de presiune scade sub nivelul optim.Acest lucru reduce COP-ul frigiderului.Prin urmare, buclele de presiune statică arată că capilarul de 3,65 m oferă cea mai bună performanță în frigider.În plus, o creștere a căderii de presiune crește consumul de energie.
Din rezultatele experimentului, se poate observa că capacitatea de răcire a agentului frigorific R152a scade odată cu creșterea lungimii conductei.Prima bobină are cea mai mare capacitate de răcire (-12°C), iar a treia bobină are cea mai mică capacitate de răcire (-16°C).Eficiența maximă este atinsă la o temperatură a vaporizatorului de -12 °C și o lungime capilară de 3,65 m.Puterea compresorului scade odată cu creșterea lungimii capilare.Puterea admisă a compresorului este maximă la o temperatură a vaporizatorului de -12 °C și minimă la -16 °C.Comparați citirile CFD și presiunea din aval pentru lungimea capilară.Se poate observa că situația este aceeași în ambele cazuri.Rezultatele arată că performanța sistemului crește pe măsură ce lungimea capilarului crește la 3,65 m față de 3,35 m și 3,96 m.Prin urmare, atunci când lungimea capilarului crește cu o anumită cantitate, performanța sistemului crește.
Deși aplicarea CFD la centralele termice și electrice va îmbunătăți înțelegerea noastră a dinamicii și fizicii operațiunilor de analiză termică, limitările necesită dezvoltarea unor metode CFD mai rapide, mai simple și mai puțin costisitoare.Acest lucru ne va ajuta să optimizăm și să proiectăm echipamentele existente.Progresele în software-ul CFD vor permite proiectarea și optimizarea automată, iar crearea de CFD-uri pe internet va crește disponibilitatea tehnologiei.Toate aceste progrese vor ajuta CFD-ul să devină un domeniu matur și un instrument de inginerie puternic.Astfel, aplicarea CFD în ingineria termică va deveni mai largă și mai rapidă în viitor.
Tasi, WT Examinarea riscurilor de expunere și de explozie la hidrofluorocarburi (HFC).J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Încălzirea globală datorată HFC.Miercuri.Evaluarea impactului.deschis 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S și Muralidharan S. Evaluare comparativă a alternativelor ecologice la agentul frigorific R134a în frigiderele de uz casnic.eficienta energetica.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA și Falade, Analiza comparativă a performanței a trei agenți frigorifici HFC prietenoși cu ozonul din frigiderele cu compresie de vapori.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Studiu experimental al R152a și R32 ca înlocuitori pentru R134a în frigiderele de uz casnic.Energy 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. și Torrella E. Comparație experimentală a agenților frigorifici R152a și R134a în unități frigorifice echipate cu compresoare ermetice.interior J. Frigider.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. și Borokhinni FO Eficiența energetică a agenților frigorifici ecologici R152a și R600a ca înlocuitor pentru R134a în sistemele de refrigerare cu compresie de vapori.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP și Mahajan, PS Evaluarea experimentală a eficacității R152a ca înlocuitor pentru R134a în sistemele de refrigerare cu compresie de vapori.intern J. Departamentul Apărării.proiect.rezervor de stocare.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO și Huang, Z. Un studiu privind eficacitatea unor agenți frigorifici cu hidrofluorocarburi cu încălzire globală scăzută ca înlocuitor pentru R134a în sistemele de refrigerare.J. Ing.Fizicianul termic.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. și Bala PK Analiza energetică a amestecurilor HFC-152a, HFO-1234yf și HFC/HFO ca înlocuitori direcți pentru HFC-134a în frigiderele de uz casnic.Strojnicky Casopis J. Mech.proiect.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. și Chandrasekaran, P. Analiza CFD a transferului natural de căldură convectivă în frigiderele staționare de uz casnic.Sesiune IOP.Serialul TV Alma mater.știința.proiect.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A. și Maiorino, A. HFO și amestecul său binar cu HFC134a ca agent frigorific în frigiderele de uz casnic: analiză energetică și evaluare a impactului asupra mediului.Aplicați temperatura.proiect.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. și Zeng, W. Înlocuirea și optimizarea agentului frigorific sub constrângerile de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră.J. Pură.produs.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. și Hartomagioglu S. Predicția timpului de răcire a frigiderelor de uz casnic cu un sistem de răcire termoelectric utilizând analiza CFD.interior J. Frigider.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB și Chahuachi, B. Analiza experimentală și numerică a schimbătoarelor de căldură cu serpentine elicoidale pentru frigiderele de uz casnic și încălzirea apei.interior J. Frigider.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. și Cabello R. Evaluarea impactului energetic al diferitelor alternative la agentul frigorific R134a cu GWP scăzut în răcitoarele de băuturi.Analiza experimentală și optimizarea agenților frigorifici puri R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a și R744.conversie de energie.a guverna.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA şi colab.Un studiu de caz de analiză experimentală și statistică a consumului de energie al frigiderelor de uz casnic.cercetare de actualitate.temperatura.proiect.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. și Hartomagioglu S. Analiza numerică (CFD) și experimentală a unui frigider de uz casnic hibrid care încorporează sisteme termoelectrice și de răcire cu compresie de vapori.interior J. Frigider.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. şi colab.R-152a ca agent frigorific alternativ la R-134a în frigiderele de uz casnic: o analiză experimentală.interior J. Frigider.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. și Masselli C. Amestec de HFC134a și HFO1234ze în frigiderele de uz casnic.intern J. Hot.știința.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. și Koshy Matthews, P. Comparația performanței sistemelor de refrigerare cu compresie de vapori care utilizează agenți frigorifici ecologici cu potențial scăzut de încălzire globală.intern J. Știință.rezervor de stocare.eliberare.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. și Cauchy-Matthews, P. Analiza termică a sistemelor de refrigerare cu compresie de vapori folosind R152a și amestecurile sale R429A, R430A, R431A și R435A.intern J. Știință.proiect.rezervor de stocare.3(10), 1-8 (2012).
Ora postării: 14-ian-2023