冰箱换热器性能测试实验研究

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1、冰箱换热器性能测试实验研究摘要：设计了一套冰箱换热器性能测试系统，采用R134a作为制冷剂，分别对两种样品的蒸发器和冷凝器的性能进行了测试。R134a制冷剂的流量范围为20-80kg/(m2·s)，润滑油质量分数为0-5%，蒸发温度和冷凝温度分别为-23℃、40.5℃。测试结果表明，在流量范围内，随着制冷剂流量的增大，蒸发器和冷凝器的换热量都会增大，二者的换热系数分别增加107%-257%，57%-91%。对于蒸发器，大翅片间距的换热效果优于小翅片间距；对于冷凝器，当流量大于60kg/(m2·s)后，换热效果铜扁管优于铝扁管。最后，通过与他人实验数据的对比，说明了该

2、系统可以较好地测试换热器的性能。关键词：换热器；性能测试；换热系数；换热量0前言由于环境污染和能源短缺，节能与环保显得尤为重要。世界上的很多国家，尤其是发达国家，都已经制定政策法规以保证能源的合理利用[1]。在制冷循环系统中，紧凑的换热器可以减少花费和制冷剂充注量，提高能源效率和安全[2]。因此，需要研究换热器结构以及其性能，通过实验数据来选择性能最优的换热器。目前，有很多对制冷系统换热器的研究，包括不同制冷工质[3-5]、不同管径[2,6]、制冷剂含油率[7]、翅片管结构类型[8-9]、制冷剂中添加纳米材料[10]等对制冷剂相变换热性能影响的研究，并获得了制冷剂流

3、量、干度及热流密度等参数对制冷剂相变换热性能的影响规律。另外，刘亚哲和臧润清[11]对现有的部分冷风机进行了性能实验研究，理论分析了不同冷风机之间性能的差异，提出了改进的途径和方法。但是，这些实验研究主要针对单根管的一侧有相变的换热过程的性能测试，对于一侧换热介质是空气的冰箱用蒸发器或冷凝器性能的性能测试研究少有报道。鉴于此，开发了一个用于冰箱换热器性能测试的实验系统，并分别对两种不同的蒸发器和冷凝器测试样品进行了性能测试。通过实验数据的比较分析，发现冰箱换热器性能参数随热力参数的变化特性，以获得提高换热系数和能源利用率的方法。1实验系统及方法1.1实验系统评价换热

4、器性能的参数主要有换热量、换热系数和压降，但是对于冰箱来说，很难直接测量其参数来评价其性能。因此，设计测试系统，模拟实际冰箱工作工况，在系统稳定情况下测量参数，分析换热器性能。图1是制冷剂供应机组系统示意图，测试蒸发器和冷凝器所需的工质由一台专用的机组供应。测试冷凝器时，阀门V9和V10打开，压缩机、测试冷凝器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀、毛细管和辅助蒸发器构成测试冷凝器的制冷循环系统；同样，测试蒸发器时，阀门V3和V4打开，压缩机、辅助冷凝器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀、毛细管和测试蒸发器构成测试蒸发器的制冷循环系统。实验时，辅助蒸发器、冷凝器分别处于环境

5、模拟室中，蒸发器环境模拟室温度控制范围为-20℃-10℃，冷凝器环境模拟室温度控制范围-10℃-40℃，温度控制精度±0.5℃，实验区风速小于0.25m/s。对于冰箱换热器，制冷剂流量在0.5-3g/s左右，流量较小。用德国RHONIK微小流量计测量制冷剂的质量流量，精度0.12%；用GE-德鲁克压力传感器测量测试蒸发器、冷凝器的进出口压力，精度0.2%；用温度传感器测量测试蒸发器、冷凝器的进出口制冷剂和模拟室的温度，精度0.15%。图1制冷剂供应机组系统示意图Fig.1.Schematicdiagramoftherefrigerantsupplysystem1.2

6、测试换热器a)样品1(Fe,a=1.24m2)b)样品2(Fe,a=1.54m2)图2测试蒸发器Fig.2.Photographofthetestevaporators图2和图3分别为测试蒸发器和冷凝器样品的实物图，分别测试换热器制冷剂进出口的温度和压力并测量换热器外侧空气的温度。a)铝扁管(Fc,a=0.384m2)b)铜扁管(Fc,a=0.384m2)图3测试冷凝器Fig.3.Photographofthetestcondensers2实验测试数据处理本实验通过测量换热器进出口制冷剂压力和温度，通过计算获得制冷剂的焓值，根据制冷剂进出口焓值变化和制冷剂的流量计算

7、出换热器的换热量，进而计算出换热器的换热系数。2.1蒸发器换热量及换热系数的计算蒸发器的换热量由(1)式确定：(1)式中为蒸发器吸热量，W；为制冷剂的质量流量，kg/s；、分别为蒸发器进出口制冷剂的焓，由蒸发器进出口制冷剂压力和温度求得，J/kg。蒸发器换热系数由(2)式确定：(2)式中为蒸发器的换热系数，W/(m2·K）；为蒸发器制冷剂侧平均温度，近似等于蒸发器内蒸发温度（即蒸发器出口压力对应的制冷剂饱和温度），℃；直冷式蒸发器空气侧平均温度等于蒸发器模拟室测试区域温度，即；为蒸发器对数换热温差，℃；为蒸发器空气侧有效换热面积，m2；切换因子：对数平均温差由(