系統(tǒng)參數(shù)與R407c非完全相變的關(guān)系摘要：為了揭示制冷、熱泵系統(tǒng)中R407c在冷凝器和蒸發(fā)器中非完全相變與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，首先引出了換熱流體最大流量的概念，然后利用熱力學(xué)循環(huán)分析的方法對(duì)非完全相變現(xiàn)象進(jìn)行了研究，最終給出了影響R407c非完全相變的幾種主要系統(tǒng)參數(shù)，如工質(zhì)與換熱流體之間的溫差以及壓縮機(jī)的排氣量等，并給出了這些參數(shù)與換熱流體最大流量之間的定性關(guān)系。關(guān)鍵字：R407c非完全相變換熱流體最大流量系統(tǒng)參數(shù)1引言R407c是作為R22的灌注式替代物而被研究開發(fā)的[1]，也是目前在制冷、熱泵系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的一種非共沸混合工質(zhì)。它的組元配比為R32/R134a/R125（0.23/0.52/0.25）。該工質(zhì)在0.1-2.4MPa的飽和蒸汽壓力下，有平均5.5℃的溫度滑移，利用它的這一特點(diǎn)，有可能減小工質(zhì)在蒸發(fā)器和冷凝器中與換熱介質(zhì)之間的換熱溫差，從而降低系統(tǒng)的可用能損失。目前，國(guó)內(nèi)、外的多名學(xué)者針對(duì)R407c開展了大量的研究工作。文獻(xiàn)[2]的試驗(yàn)表明：在相同負(fù)荷條件下，R407C的COP值為R22的0.96~1.00，若系統(tǒng)采用逆流式換熱器，制冷量可提高2~5%，COP值提高5~6%。但由于R407C是一種非共沸混合制冷工質(zhì)，其傳熱性能比R22差。文獻(xiàn)[3]的研究結(jié)果表明，R407C水冷冷凝器的總傳熱系數(shù)比R22降低了43~70%，所以如何提高R407c在冷凝器和蒸發(fā)器中的換熱系數(shù)[4]成為了研究重點(diǎn)。此外，針對(duì)R407c的熱力性質(zhì)簡(jiǎn)化計(jì)算和工質(zhì)泄露還開展了一定的研究。但是，對(duì)于該工質(zhì)在兩器內(nèi)由于換熱介質(zhì)流量的不合理而出現(xiàn)的非完全相變現(xiàn)象[5]研究的很少，本文正是就導(dǎo)致工質(zhì)非完全相變的主要誘因-換熱介質(zhì)的極限流量進(jìn)行了一定的理論分析，給出了該極限流量和幾個(gè)系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，為R407c在實(shí)際系統(tǒng)中如何避免非完全相變現(xiàn)象的發(fā)生提出了建議。2R407c在兩器內(nèi)的非完全相變以R407c在系統(tǒng)冷凝器中發(fā)生非完全相變?yōu)槔M(jìn)行分析。非共沸混合工質(zhì)R407c在冷凝器中發(fā)生相變換熱時(shí)，由于冷凝介質(zhì)流量的超常變化，有可能會(huì)造成混合工質(zhì)在冷凝器中的不完全冷凝，即系統(tǒng)的冷凝溫度雖然有所降低，但由于制熱量的大幅度減少，系統(tǒng)的制熱系數(shù)仍會(huì)降低，這一現(xiàn)象在文獻(xiàn)[5]中已有報(bào)道。針對(duì)這一反?，F(xiàn)象，本文在圖1中進(jìn)行了理論分析：當(dāng)水流量沒有超過某一閾值時(shí)，非共沸混合工質(zhì)和水在冷凝器中的冷凝換熱比較正常，工質(zhì)在冷凝過程中的溫度從冷凝器進(jìn)口處的Tfin降到出口處的Tfout，同時(shí)水由進(jìn)口處的Twin被加熱到出口處的Twout，在全過程中換熱溫差基本不變；當(dāng)冷凝器進(jìn)口水溫不變，而水流量超過某一閾值時(shí)，水由進(jìn)口處的Twin被加熱到出口處的Tw’out，由于Tw’out相比Twout有了明顯的下降，導(dǎo)致工質(zhì)的進(jìn)口溫度由Tfin降低到Tf’in，在此工況下，工質(zhì)要被完全冷凝下來，應(yīng)該從Tf’in變化到Tf’’out，然而在此溫度滑移過程中，于Tfmid處和水的溫度近乎相等了，由于傳熱溫差的急劇變小，導(dǎo)致在此工況下，工質(zhì)的冷凝溫度曲線成為了Tf’in－Tfmid－Tf’out，最終造成工質(zhì)不能被完全冷凝，即冷凝器的一部分換熱面積被浪費(fèi)了。由于以上原因，盡管冷凝溫度有所下降，但實(shí)際制熱量的大幅度減少造成了系統(tǒng)COP的明顯下降。由于純工質(zhì)冷凝時(shí)不存在溫度滑移，所以此現(xiàn)象在應(yīng)用純工質(zhì)的系統(tǒng)中是不會(huì)發(fā)生的。圖1R407c在冷凝器中的換熱分析圖2R407c在蒸發(fā)器中的換熱分析和以上分析類似，R407c在蒸發(fā)器中的非完全相變機(jī)理如圖2所示。由于非完全相變的發(fā)生，盡管蒸發(fā)溫度有所上升，但由于制冷量大幅度減少，從而使得系統(tǒng)的制冷系數(shù)不升反降。綜上所述，非完全相變現(xiàn)象在實(shí)際系統(tǒng)中有可能出現(xiàn)，它將導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)惡化，應(yīng)該盡力避免。對(duì)這一現(xiàn)象的研究，應(yīng)該從兩器內(nèi)與R407c進(jìn)行換熱的介質(zhì)某一流量閾值（以下稱為極限流量）入手，只有掌握了極限流量和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，才能夠根據(jù)不同的系統(tǒng)得出相應(yīng)的極限流量，從而避免非完全相變現(xiàn)象的出現(xiàn)。3極限流量的定義換熱介質(zhì)極限流量理論上是判斷兩器內(nèi)工質(zhì)是否進(jìn)入非完全相變工況的評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)介質(zhì)流量大于極限流量時(shí)，兩器內(nèi)的工質(zhì)將處于非完全相變狀態(tài)；反之，則說明工質(zhì)能夠在兩器內(nèi)完成相變，但并不代表任意一個(gè)在小于極限流量的狀態(tài)下運(yùn)行的工況都是最佳工況。事實(shí)上，對(duì)于某一冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，最佳工況對(duì)應(yīng)的最佳介質(zhì)流量只有一個(gè)[6]。有關(guān)最佳流量的問題，不作為本文的研究重點(diǎn)。極限流量的定義式如下：(1)其中，：換熱介質(zhì)極限流量，kg/s；：制冷劑流量，kg/s；Cp：換熱介質(zhì)定壓比熱，kJ/kg℃；hdew：制冷劑某飽和蒸汽壓下的露點(diǎn)焓值，kJ/kg；hbubble：制冷劑某飽和蒸汽壓下的泡點(diǎn)焓值，kJ/kg；tdew：制冷劑某飽和蒸汽壓下的露點(diǎn)溫度，℃；tbubble：制冷劑某飽和蒸汽壓下的泡點(diǎn)溫度，℃；tdiffernt：制冷劑某飽和蒸汽壓下的露點(diǎn)溫度（在冷凝器中）或泡點(diǎn)溫度（在蒸發(fā)器中）與換熱器另一側(cè)換熱介質(zhì)之間的溫差，℃。當(dāng)tdiffernt等于零時(shí)，計(jì)算得到的介質(zhì)流量即為此工況下?lián)Q熱介質(zhì)的最佳流量。4極限流量和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系極限流量和多種系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)，如換熱溫差、工質(zhì)相變時(shí)的壓力、工質(zhì)的滑移溫度、壓縮機(jī)的排氣量和兩器中工質(zhì)的壓降等。本文主要針對(duì)換熱溫差、工質(zhì)的相變壓力、壓縮機(jī)排氣量和極限流量之間的關(guān)系進(jìn)行研究。污4.1航荒冷凝器鬧中的極猴限流量誰(shuí)分析晝基本假結(jié)設(shè)牲：陽(yáng)R40鉛7欄c孤在冷凝頌器中沒雙有過熱識(shí)段和過繞冷段，衛(wèi)且不計(jì)予沿程壓壯降，即揚(yáng)工質(zhì)在綿冷凝器豐中相變園時(shí)保持炊某一冷午凝壓力為不變；踩換熱介落質(zhì)為水填；工質(zhì)走和水全轉(zhuǎn)程逆流貓換熱。員工況制鼠訂：冷此凝壓力膠取肚1.8歌MP謀a講、遮2.0敘MP撿a派、削2.2汪MP賣a法和哨2.4買MP徹a驕；換熱旅溫差效取垂1個(gè)℃兄、娃2屠℃幟、處3溪℃哥和虧4刃℃爐；壓縮狡機(jī)排氣司量聽取顯0.0顫001痕m騎3傭/悉s廢、俯0.0計(jì)002株m脆3爭(zhēng)/河s墳、岸0.0也003率m腸3績(jī)/嚷s兔和頭0.0徹004澇m將3茶/悄s譽(yù)。利用異公式辱（憶1蔽），分度別對(duì)上筐述禽6泰4閑組工況層進(jìn)行了慕極限流閘量的計(jì)販算，并育將計(jì)算守結(jié)果用奧圖泊3嗓給出。綁分析隨圖瓣3披發(fā)現(xiàn)，字極限流肌量基本臘上隨著嫩壓縮機(jī)旁排氣量團(tuán)和換熱正溫差的杠增大而另增大，樸這也可現(xiàn)以通過挎對(duì)公式技（鍵1眉）的定雜性分析對(duì)而得到桿。這是農(nóng)因?yàn)閴喊W縮機(jī)排朱氣量的鍬增大導(dǎo)抖致工質(zhì)從流量增菠大的原徑因，同撥時(shí)，對(duì)桶于換熱敲效率越章高的新害型換熱喚器，因謙為換熱知溫差相鳴對(duì)較小鹽，所對(duì)營(yíng)應(yīng)的極黑限流量周也比較計(jì)小，所茅以出現(xiàn)扛非完全賄相變的威幾率會(huì)弊增大。秒另一方稅面，在醫(yī)相同壓淘縮機(jī)排哥氣量和帖換熱溫?fù)尣畹那樵仜r下，割極限流夢(mèng)量隨著晝冷凝壓獸力的升亮高而增深大，同瓦時(shí)，極觀限流量閘受壓縮齒機(jī)排氣菊量的影辱響變得麗越來越遮弱。這專是因動(dòng)為診R40嬸7蟻c甚的滑移院溫度隨捐著冷凝絮壓力的星升高而德減小，統(tǒng)如壓力城為性1.8潔MP犯a閑時(shí)滑移始溫度聽為寒4.葬8兔℃雖，當(dāng)壓雷力榮為間2.4愉MP缺a嫁時(shí)滑移遵溫度減電小陜?yōu)槟?.腐2卻℃趨?；浦x溫度的齡減小使悲得非共背沸混合她工質(zhì)趨值向于純叼工質(zhì)，巨所以極造限流量薯將會(huì)大車幅度地睡增加，稀工質(zhì)非驅(qū)完全相坦變現(xiàn)象握出現(xiàn)的已幾率也售會(huì)相應(yīng)碑減少。捷圖殲3暗跑在冷凝駛器中不纏同工況氏下的極浪限流量途變化貨接下來待，對(duì)于亭極限流上量和最防佳流量鈔的比值始（無量楚綱量）至隨溫差播和壓力興的變化涉進(jìn)行分倉(cāng)析。由梅公式脖（衫1瞎）可知贈(zèng)，該無犬量綱量覽與壓縮礎(chǔ)機(jī)排氣雜量、換圈熱介質(zhì)剛沒有關(guān)改系。它釘是隨換峽熱溫差閑的加大殘而增大佛；同時(shí)炕，也隨微冷凝壓城力的升涼高而增蔥大，但餐增大的追趨勢(shì)隨獎(jiǎng)?chuàng)Q熱溫拜差的減劇小而趨經(jīng)近于零旋，如圖猴，當(dāng)溫廊差勻?yàn)樽o(hù)2.驚8章℃充左右時(shí)臟，該無盛量綱量濤基本不潔受冷凝溝壓力的炎影響。遷這同樣界是因?yàn)轳R冷凝壓帝力的升職高導(dǎo)致伏滑移溫榆度減小鴨造成的摩。自4.2奏足蒸發(fā)器涼中的極隔限流量綿分析艘圖同5海天在蒸發(fā)濾器中不弊同工況倆下的極吼限流量滿變化拴基本假童設(shè)針：疫R40象7腫c躬在蒸發(fā)闊器中沒晶有過熱進(jìn)段和過槳冷段，初且不計(jì)訂沿程壓嚷降，即塌工質(zhì)在啊蒸發(fā)器擴(kuò)中相變柄時(shí)保持輔某一蒸硬發(fā)壓力逐不變；只換熱介足質(zhì)為水央；工質(zhì)驕和水全蝕程逆流旅換熱。葬工況制悔訂：冷賢凝壓力槐取刊0.3揉MP本a鳥、流0.5屑MP娘a何、首0.7工MP芝a涉和愉0.9蚊MP沫a滿；換熱校溫差老取郊1臟℃民、元2寫℃永、字3椒℃菠和戒4漂℃擠；壓縮耗機(jī)排氣悅量待取槽0.0戲001緣m委3舌/周s像、準(zhǔn)0.0洪002治m戶3化/效s衫、尊0.0什003棕m每3棗/拔s攤和篩0.0近004艙m政3針/介s驕。利用紙公式暫（慢1巴），分眾別對(duì)上究述每6織4指組工況授進(jìn)行了褲極限流砍量的計(jì)笨算，并鐘將計(jì)算鍛結(jié)果用沈圖館5陡給出。駕分析慢圖襪5躍能得到經(jīng)和陸圖裙3救類似的斬結(jié)論，卵只是極錦限流量錦所表現(xiàn)機(jī)出來隨造壓縮機(jī)期排氣量倆、換熱竿溫差和寸蒸發(fā)壓城力的改驕變而變蓋化的規(guī)慨律更加概清晰。富它仍隨辜著壓縮脈機(jī)排氣杯量和換燒熱溫差嫁的增大匠而增大鄙，同樣建，對(duì)于晴換熱效蜻率越高寇的新型猜?lián)Q熱器危，出現(xiàn)參非完全倚相變的觸幾率也固越大。逃另一方臺(tái)面，在君相同壓合縮機(jī)排觸氣量和壩換熱溫芝差的情泉況下，驚極限流砌量隨著抬蒸發(fā)壓緊力的升剃高而增肥大，但充同時(shí)極冤限流量愧受壓縮成機(jī)排氣文量的影異響仍然觀較強(qiáng)，纖這有別面于在冷捉凝器中勻得到的揉結(jié)論。奇這是因望為，雖狀然困R40鎮(zhèn)7英c升的滑移們溫度隨朽著冷凝王壓力的測(cè)升高而球減小的酷絕對(duì)量絡(luò)變化不洪大，但魂對(duì)于相遼對(duì)量來眠說，蒸墊發(fā)器中是的變化栽小于冷希凝器中矩變化的小緣故。該隨蒸發(fā)周壓力的蕉上升，敲工質(zhì)非薦完全相漿變現(xiàn)象列出現(xiàn)的焰幾率也絮會(huì)相應(yīng)程減少。此另外，震對(duì)比能圖辣3秘發(fā)現(xiàn)，茶蒸發(fā)器跌中的極越限流量?jī)龃蟠笮〗B于冷凝披器中的出極限流啦量，換紫句話說攝，非完裙全相變抬現(xiàn)象更標(biāo)容易在莊蒸發(fā)器盜中出現(xiàn)耍。露對(duì)于蒸哨發(fā)器中老極限流漫量和最燈佳流量君的比值告（無量產(chǎn)綱量）績(jī)隨溫差療和壓力移的變化隆進(jìn)行分繳析。由此公式佳（擁1車）可知夫，該無趨量綱量扒與壓縮宇機(jī)排氣嘴量、換適熱介質(zhì)碑仍然沒脈有關(guān)系年。它是升隨換熱貍溫差的績(jī)加大而分增大；皺同時(shí)，憲也隨冷攤凝壓力疼的升高腔而增大劇，但增溝大的趨霞勢(shì)隨換糠熱溫差攪的減小懲而變緩魂。這同介樣是因疑為冷凝丙壓力的寒升高導(dǎo)姻致滑移插溫度減居小造成傍的。對(duì)蠟比海圖舟4誘位發(fā)現(xiàn)，腔該無量島綱量在泳蒸發(fā)器鍬中遠(yuǎn)比多冷凝器厲中小，平從另一比個(gè)角度鏈印證了扶非完全惑相變現(xiàn)黨象更容恢易出現(xiàn)摧在蒸發(fā)掌器中。餡4.3輩丑關(guān)于兩跳器內(nèi)存鄉(xiāng)在壓降徐對(duì)極限黃流量的徐影響勒在實(shí)際竄的制冷狹熱泵系姑統(tǒng)中，真工質(zhì)在瀉冷凝器莫和蒸發(fā)佛器中不先可能沒士有流動(dòng)劣阻力損的失，這耗種損失嘴體現(xiàn)在遙沿程蒸渠汽壓力鹽的降低遵上。壓粗力的降的低勢(shì)必蓮導(dǎo)致滑沙移溫度尚的增加就。在其處它系統(tǒng)流參數(shù)保堆持不變遲的前提艘下，滑踢移溫度糊的增加小將使極宿限流量宰降低，術(shù)從而增掛大非完約全相變茂的幾率券。杯對(duì)于那壟些新型棚的換熱較器，雖涌然在其速中增加根了強(qiáng)化栗傳熱元惕件，提挪高了換跨熱效率雙，減小柴了傳熱怨溫差，抹但勢(shì)必剝?cè)黾恿擞覔Q熱器刪內(nèi)的流售動(dòng)阻力盛，使得喉?yè)Q熱器膛從傳熱想溫差和依內(nèi)部壓處降兩個(gè)句方面增誦加了非要完全相嬸變現(xiàn)象駝出現(xiàn)的臂幾率，憐所以在蝦設(shè)計(jì)使翅用中一袍定要多遇加注意破，而對(duì)懂于使用規(guī)純工質(zhì)改或共沸乓混合工澡質(zhì)的系折統(tǒng)而言究，則不皇必考慮度這些。話5后惑結(jié)論與耗討論次綜上所吼述，對(duì)駕于引發(fā)掃非完全誕相變現(xiàn)逐象的極窮限流量勿得到如誰(shuí)下結(jié)論吸：巾1過）對(duì)于泡非共沸侮混合工習(xí)質(zhì)驚R40競(jìng)7下c墳，在兩谷器能有土可能由鍬于換熱鼓介質(zhì)流姻量超過聚了極限勵(lì)流量，胳而導(dǎo)致哀非完全礎(chǔ)相變現(xiàn)俊象的發(fā)持生。此靠時(shí)，雖暖然冷凝傘溫度下掉降或蒸憲發(fā)溫度恒上升，宜但系統(tǒng)翻的制熱朱量或制螞冷量大弊幅降低數(shù)，系統(tǒng)僅循環(huán)將獲會(huì)惡化棟；脖2黑）極限猾流量受醋多種系淹統(tǒng)參數(shù)騎的影響羊。它隨閣著壓縮逼機(jī)排氣握量和換糟熱溫差遮的增大壞而增大酷，隨著薯蒸汽壓守力的升五高而增穿大。極蜜限流量倦和最佳境流量的測(cè)比值不模隨壓縮先機(jī)排氣范量、換色熱介質(zhì)順的改變耍而變化跪，它隨愛換熱溫稈差的加起大而增閉大，也碑隨蒸汽樓壓力的爽升高而稱增大；賢3富）由于頓滑移溫晉度隨壓串力的升浮高而減撒小，導(dǎo)臉致蒸發(fā)承器中極燃限流量根遠(yuǎn)小于輕冷凝器跟中的極討限流量扮。由于領(lǐng)流動(dòng)阻編力的實(shí)催際存在仔，使得很極限流柱量變小邀，增加僚了非完冠全相變祥現(xiàn)象發(fā)揮生的幾煙率。畜在實(shí)際瓣系統(tǒng)中要，有兩串種常見蒸的方式江可以導(dǎo)丘致非完栽全相變立現(xiàn)象發(fā)蚊生。第損一，在乓系統(tǒng)工終作正常倒的前提濃下，保柿持兩器畜入口的枝介質(zhì)溫哥度，通夕過盲目風(fēng)提高介宇質(zhì)流量器去提高希系統(tǒng)的藝能量輸岡出；第膜二，在泊系統(tǒng)工飯作正常赴的前提默下，保精持兩器免入口的說介質(zhì)溫赴度和流紅量，以洽及工質(zhì)濁的蒸汽抄壓力，找利用變鍵頻器盲速目降低諷壓縮機(jī)晨轉(zhuǎn)數(shù)來裙減小系潑統(tǒng)的能秘量輸出親。對(duì)于勝第一種寬方式，堤應(yīng)該在冰增加介徒質(zhì)流量嘆的同時(shí)增，適當(dāng)另提高系防統(tǒng)的冷瓣凝壓力葵或降低北系統(tǒng)的育蒸發(fā)壓薯力，總傳之應(yīng)該啟適當(dāng)提妨高壓縮房機(jī)的排捕氣量。公對(duì)于第劃二種方父式，應(yīng)動(dòng)該在降性低壓縮狠機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)壞的同時(shí)處，降低魔相應(yīng)換島熱器內(nèi)負(fù)的介質(zhì)住流量。銷這樣就出能夠有抬效避免彼非完全駛相變現(xiàn)盜象的發(fā)棄生。軋本文的傻結(jié)論是罪通過理般論分析齡而得到恒的，對(duì)大于猜R40換7脹c蓮的更詳原細(xì)的定務(wù)量分析貧，需要坡針對(duì)性她地設(shè)計(jì)掘?qū)嶒?yàn)才筋能完成鬧。禽參考文袍獻(xiàn)干[1]起Do淘man彩ski娘,P躲.A.欄,D慚idi博on,造D.泄A.編Th朝erm驗(yàn)ody蹈nam蠻ic攔eva輔lua汪tio循no擇fR貧22詠alt糕ern繪ati抓ve巨r(nóng)ef犯rig鄙era嚷nts喜an填dre廳fri毒ger龍ant抹mi而xtu濾res異.A燭SHR冠AE凝Tra鋤nsa欺cti負(fù)ons獸,1押993啦,9或9:偵63巖6皮～孕648則[2]衣Bi美ven章s,處D.轟B.,異Shi批fle誰(shuí)tt,繡M.土B.漸,W拌ell黎s,明W.專D.云HCF務(wù)C22乳al雄ter束nat滑ive突fo師ra癥ir圾con芳dit伐ion挖ers沖an燙dh夜eat苦pum忍ps.損AS重HRA嶺E船Tra濤nsa錄cti學(xué)ons農(nóng),1充996閃,1能02時(shí)(2)信:1敗06廁5低～喇107嚴(yán)1燈[3]牛Ga誤bri純eli鹽i,C秀.,頂Bam絲lin背g,劃L.聰Rep魯lac旬eme違nt爐of首R(shí)22董in既th晶et掉ube巖-an借d-s溪hel藝lc錫ond僵ens李ers胞:ex磨per飽ime校nts糖an秧ds列imu或lat爽ion陡s.毛I(xiàn)nt艦.J踩.R壟efr結(jié)ige活rat罷ion迫,1灰997米,2筒0(倡3):捏16峰5堅(jiān)～持178械[4]產(chǎn)Gi釋no,瘡