混合工质在制冷循环中浓度偏移分析

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1、非共沸混合工质在制冷循环中浓度偏移分析许雄文　刘金平　曹乐秦岩　邱国雄　邓雪（华南理工大学电力学院，广东　广州　510640）摘要：非共沸混合工质在Joule-Thomson制冷循环中应用越来越广泛，其工质的浓度偏移对制冷机的性能影响显著。为此建立了非共沸混合工质两相区流动换热工质浓度偏移数学模型，推导出两相流动中气液相流速不同是发生浓度偏移的必要条件，得到了混合工质两相区当地浓度偏移规律并根据流动工质浓度计算出两相区的当地浓度，通过J-T制冷机蒸发器的工质浓度偏移实验进行了验证，计算与实验结果较好吻合。数学推导和实验结果均表明，J-T制冷循环中低沸点工质当地浓度低于循环流

2、动浓度，而高沸点工质当地浓度将高于循环流动浓度。进一步分析表明混合工质J-T制冷循环中低沸点工质循环浓度高于其充注浓度，而高沸点工质循环浓度低于其充注浓度。关键词：非共沸混合工质；气液两相流；浓度偏移；制冷循环中图分类号：TK123　ZeotropicMixed-refrigerantCompositionShiftAnalysisinRefrigerationCycleXuXiongwen,LiuJinping,CaoLe,QinYan,QiuGuoxiong,DengXue(SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTech

3、nology,Guangzhou510640,Guangdong,China)Abstract:Zeotropicmixed-refrigerantiswidelyusedinJoule-Thomsonrefrigerationcycle,andrefrigeratorperformanceisgreatlyaffectedbythecompositionshiftofmixed-refrigerant.Amathematicalmodelofmixed-refrigerantcompositionshiftingas-liquidtwo-phaseflowwaspropo

4、sed.Thedeductionresultshowsthatthedifferentvelocityofgasandliquidintwo-phaseflowisthenecessaryconditionofcompositionshift,andthecompositionshiftrulesandlocalcompositionwereobtained,whichwereverifiedinamixed-refrigerantshiftexperimentinevaporatorofJoule-Thomsonrefrigerator.Theresultsshowedt

5、hatlocallowboilingpointcomponentfractionislessthancyclefractioninJoule-Thomsonrefrigerationcycle,whilelocalhighboilingpointcomponentfractionisgreaterthancyclefraction.Furtheranalysisshowedthatcyclefractionoflowboilingpointcomponentisgreaterthanchargedfraction,whilecyclefractionofboilingpoi

6、ntcomponentislessthanchargedfraction.Keywords:Zeotropicmixture;gas-liquidtwo-phaseflow;compositionshift;refrigerationcycle引言随着制冷技术的发展，人们开始利用非共沸混合工质相变时的温度滑移，实现较大温度变化的冷热源下的制冷循环尽可能逼近洛伦兹循环，从而提高此类循环的效率。非共沸混合工质作为制冷剂越来越多地被人提及。人们对非共沸混合工质的认识多限于其混合的各组分沸点差而造成相变时的温度滑移。即同一压力下混合工质由液体蒸发成气体时，其温度不断升高，由气体冷凝

7、成液体时，其温度不断降低。这种相变温度滑移是非共沸混合工质区别于纯工质的一个主要特点。近年来，随着非共沸工质研究的不断深入，公茂琼等人发现了混合工质在Joule-Thomson制冷循环中的浓度变化，并进行了不同运行工况下不同测点（包括单相区和两相区）浓度变化的实验研究[1]；2007年，公茂琼等人又设计了由无油压缩机驱动的联系人：刘金平。第一作者：许雄文（1982—），男，博士研究生。基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2006BAJ03A06);Correspondingauthor:Prof.LiuJ