Gràcies per visitar Nature.com.Esteu utilitzant una versió del navegador amb suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).A més, per garantir un suport permanent, mostrem el lloc sense estils ni JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositives alhora.Utilitzeu els botons Anterior i Següent per moure's per tres diapositives alhora, o utilitzeu els botons lliscants al final per moure's per tres diapositives alhora.
Els sistemes de calefacció i refrigeració de la llar solen utilitzar dispositius capil·lars.L'ús de capil·lars espirals elimina la necessitat d'equips de refrigeració lleugers al sistema.La pressió capil·lar depèn en gran mesura dels paràmetres de la geometria capil·lar, com ara la longitud, el diàmetre mitjà i la distància entre ells.Aquest article se centra en l'efecte de la longitud capil·lar en el rendiment del sistema.En els experiments es van utilitzar tres capil·lars de diferents longituds.Les dades de R152a es van examinar en diferents condicions per avaluar l'efecte de diferents longituds.La màxima eficiència s'aconsegueix a una temperatura de l'evaporador de -12 °C i una longitud capil·lar de 3,65 m.Els resultats mostren que el rendiment del sistema augmenta amb l'augment de la longitud capil·lar fins als 3,65 m en comparació amb els 3,35 mi els 3,96 m.Per tant, quan la longitud del capil·lar augmenta en una certa quantitat, el rendiment del sistema augmenta.Els resultats experimentals es van comparar amb els resultats de l'anàlisi de dinàmica de fluids computacional (CFD).
Una nevera és un aparell de refrigeració que inclou un compartiment aïllat, i un sistema de refrigeració és un sistema que crea un efecte de refrigeració en un compartiment aïllat.El refredament es defineix com el procés d'eliminar la calor d'un espai o substància i transferir-la a un altre espai o substància.Els refrigeradors s'utilitzen àmpliament ara per emmagatzemar aliments que es fan malbé a temperatura ambient, el deteriorament del creixement bacterià i altres processos és molt més lent a les neveres de baixa temperatura.Els refrigerants són fluids de treball utilitzats com a dissipadors de calor o refrigerants en processos de refrigeració.Els refrigerants recullen calor mitjançant l'evaporació a baixa temperatura i pressió i després es condensen a més temperatura i pressió, alliberant calor.L'habitació sembla que s'està refredant a mesura que la calor s'escapa del congelador.El procés de refrigeració té lloc en un sistema format per un compressor, condensador, tubs capil·lars i un evaporador.Els refrigeradors són els equips de refrigeració utilitzats en aquest estudi.Les neveres s'utilitzen àmpliament a tot el món, i aquest aparell s'ha convertit en una necessitat domèstica.Els frigorífics moderns són molt eficients en funcionament, però la recerca per millorar el sistema encara està en curs.El principal desavantatge de R134a és que no se sap que sigui tòxic, però té un potencial d'escalfament global (GWP) molt alt.La R134a per a neveres domèstiques s'ha inclòs al Protocol de Kyoto de la Convenció Marc de les Nacions Unides sobre el Canvi Climàtic1,2.Tanmateix, per tant, l'ús de R134a s'hauria de reduir significativament3.Des del punt de vista ambiental, financer i sanitari, és important trobar refrigerants de baix escalfament global4.Diversos estudis han demostrat que R152a és un refrigerant respectuós amb el medi ambient.Mohanraj et al.5 van investigar la possibilitat teòrica d'utilitzar refrigerants R152a i hidrocarburs en refrigeradors domèstics.S'ha trobat que els hidrocarburs són ineficaços com a refrigerants autònoms.R152a és més eficient energèticament i respectuós amb el medi ambient que els refrigerants d'eliminació gradual.Bolaji i altres.6.Es va comparar el rendiment de tres refrigerants HFC respectuosos amb el medi ambient en un refrigerador de compressió de vapor.Van concloure que R152a es podria utilitzar en sistemes de compressió de vapor i podria substituir R134a.R32 té desavantatges com l'alta tensió i el baix coeficient de rendiment (COP).Bolaji et al.7 van provar R152a i R32 com a substituts de R134a a les neveres domèstiques.Segons els estudis, l'eficiència mitjana de R152a és un 4,7% superior a la de R134a.Cabello et al.provat R152a i R134a en equips de refrigeració amb compressors hermètics.8. Bolaji et al9 van provar el refrigerant R152a en sistemes de refrigeració.Van concloure que R152a era el més eficient energèticament, amb un 10,6% menys de capacitat de refrigeració per tona que l'anterior R134a.R152a mostra una major capacitat de refrigeració volumètrica i eficiència.Chavhan et al.10 van analitzar les característiques de R134a i R152a.En un estudi de dos refrigerants, es va trobar que R152a era el més eficient energèticament.R152a és un 3,769% més eficient que R134a i es pot utilitzar com a substitut directe.Bolaji et al.11 han investigat diversos refrigerants de baix GWP com a substituts de R134a en sistemes de refrigeració a causa del seu menor potencial d'escalfament global.Entre els refrigerants avaluats, el R152a té el rendiment energètic més alt, reduint el consum d'electricitat per tona de refrigeració en un 30,5% en comparació amb el R134a.Segons els autors, l'R161 s'ha de redissenyar completament abans que es pugui utilitzar com a reemplaçament.Molts investigadors de refrigeració domèstica han dut a terme diversos treballs experimentals per millorar el rendiment dels sistemes de refrigeració de baix GWP i R134a com a proper reemplaçament en sistemes de refrigeració12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 van estudiar el rendiment de diversos refrigerants respectuosos amb el medi ambient i la seva combinació amb R134a com a alternativa potencial per diferents proves de compressió de vapor.Sistema.Tiwari et al.36 van utilitzar experiments i anàlisis CFD per comparar el rendiment dels tubs capil·lars amb diferents refrigerants i diàmetres de tubs.Utilitzeu el programari ANSYS CFX per a l'anàlisi.Es recomana el millor disseny de bobina helicoïdal.Punia et al.16 van investigar l'efecte de la longitud del capil·lar, el diàmetre i el diàmetre de la bobina sobre el flux de massa del refrigerant GLP a través d'una bobina espiral.Segons els resultats de l'estudi, ajustar la longitud del capil·lar en el rang de 4,5 a 2,5 m permet augmentar el cabal de massa en una mitjana del 25%.Söylemez et al.16 van realitzar una anàlisi CFD d'un compartiment de frescor (DR) d'un refrigerador domèstic utilitzant tres models turbulents (viscosos) diferents per conèixer la velocitat de refrigeració del compartiment de frescor i la distribució de la temperatura a l'aire i al compartiment durant la càrrega.Les previsions del model CFD desenvolupat il·lustren clarament el flux d'aire i els camps de temperatura dins del FFC.
Aquest article analitza els resultats d'un estudi pilot per determinar el rendiment de les neveres domèstiques amb refrigerant R152a, que és respectuós amb el medi ambient i no té risc d'esgotament de la capa d'ozó (ODP).
En aquest estudi, es van seleccionar capil·lars de 3,35 m, 3,65 m i 3,96 m com a llocs de prova.A continuació, es van realitzar experiments amb refrigerant R152a de baix escalfament global i es van calcular els paràmetres de funcionament.També es va analitzar el comportament del refrigerant al capil·lar mitjançant el programari CFD.Els resultats de CFD es van comparar amb els resultats experimentals.
Com es mostra a la figura 1, podeu veure una fotografia d'una nevera domèstica de 185 litres utilitzada per a l'estudi.Consta d'un evaporador, un compressor alternatiu hermètic i un condensador refrigerat per aire.S'instal·len quatre manòmetres a l'entrada del compressor, l'entrada del condensador i la sortida de l'evaporador.Per evitar vibracions durant les proves, aquests mesuradors estan muntats en panell.Per llegir la temperatura del termopar, tots els cables del termopar estan connectats a un escàner de termopar.S'instal·len deu dispositius de mesura de la temperatura a l'entrada de l'evaporador, la succió del compressor, la descàrrega del compressor, el compartiment i l'entrada del refrigerador, l'entrada del condensador, el compartiment del congelador i la sortida del condensador.També s'informa del consum de tensió i corrent.Un cabalímetre connectat a una secció de canonada es fixa sobre una taula de fusta.Els enregistraments es desen cada 10 segons mitjançant la unitat d'Interfície Human Machine (HMI).La mira s'utilitza per comprovar la uniformitat del flux de condensats.
Es va utilitzar un amperímetre Selec MFM384 amb una tensió d'entrada de 100-500 V per quantificar la potència i l'energia.S'instal·la un port de servei del sistema a la part superior del compressor per carregar i recarregar refrigerant.El primer pas és drenar la humitat del sistema a través del port de servei.Per eliminar qualsevol contaminació del sistema, renteu-lo amb nitrogen.El sistema es carrega mitjançant una bomba de buit, que evacua la unitat a una pressió de -30 mmHg.La taula 1 enumera les característiques de l'equip de proves de la nevera domèstica, i la taula 2 enumera els valors mesurats, així com el seu rang i precisió.
Les característiques dels refrigerants utilitzats en els refrigeradors i congeladors domèstics es mostren a la taula 3.
Les proves es van dur a terme d'acord amb les recomanacions del manual ASHRAE 2010 en les condicions següents:
A més, per si de cas, es van fer comprovacions per garantir la reproductibilitat dels resultats.Mentre les condicions de funcionament es mantinguin estables, es registra la temperatura, la pressió, el flux de refrigerant i el consum d'energia.La temperatura, la pressió, l'energia, la potència i el cabal es mesuren per determinar el rendiment del sistema.Trobeu l'efecte de refrigeració i l'eficiència per a un cabal de massa i una potència específics a una temperatura determinada.
Utilitzant CFD per analitzar el flux bifàsic en una bobina espiral de refrigerador domèstic, l'efecte de la longitud capil·lar es pot calcular fàcilment.L'anàlisi CFD facilita el seguiment del moviment de les partícules de fluids.El refrigerant que passa per l'interior de la bobina espiral es va analitzar mitjançant el programa CFD FLUENT.La taula 4 mostra les dimensions de les bobines capil·lars.
El simulador de malla del programari FLUENT generarà un model de disseny estructural i una malla (les figures 2, 3 i 4 mostren la versió ANSYS Fluent).El volum de fluid de la canonada s'utilitza per crear la malla de límit.Aquesta és la graella utilitzada per a aquest estudi.
El model CFD es va desenvolupar mitjançant la plataforma ANSYS FLUENT.Només es representa l'univers fluid en moviment, de manera que el flux de cada serpentina capil·lar es modela en funció del diàmetre del capil·lar.
El model GEOMETRIA es va importar al programa ANSYS MESH.ANSYS escriu codi on ANSYS és una combinació de models i condicions de límit afegides.A la fig.La figura 4 mostra el model pipe-3 (3962,4 mm) a ANSYS FLUENT.Els elements tetraèdrics proporcionen una major uniformitat, tal com es mostra a la figura 5. Després de crear la malla principal, el fitxer es desa com a malla.El costat de la bobina s'anomena entrada, mentre que el costat oposat mira a la sortida.Aquestes cares rodones es guarden com a parets de la canonada.Els mitjans líquids s'utilitzen per construir models.
Independentment de com se senti l'usuari davant la pressió, es va triar la solució i es va escollir l'opció 3D.S'ha activat la fórmula de generació d'energia.
Quan el flux es considera caòtic, és altament no lineal.Per tant, es va triar el flux K-epsilon.
Si es selecciona una alternativa especificada per l'usuari, l'entorn serà: Descriu les propietats termodinàmiques del refrigerant R152a.Els atributs del formulari s'emmagatzemen com a objectes de base de dades.
Les condicions meteorològiques es mantenen sense canvis.Es va determinar una velocitat d'entrada, es va descriure una pressió de 12,5 bar i una temperatura de 45 °C.
Finalment, a la quinzena iteració, la solució es prova i convergeix a la quinzena iteració, tal com es mostra a la figura 7.
És un mètode de cartografia i anàlisi de resultats.Traceu els bucles de dades de pressió i temperatura amb Monitor.Després d'això, es determinen la pressió i la temperatura totals i els paràmetres generals de temperatura.Aquestes dades mostren la caiguda de pressió total a través de les bobines (1, 2 i 3) a les figures 1 i 2. 7, 8 i 9 respectivament.Aquests resultats es van extreure d'un programa fugitiu.
A la fig.La figura 10 mostra el canvi d'eficiència per a diferents longituds d'evaporació i capil·lar.Com es pot veure, l'eficiència augmenta amb l'augment de la temperatura d'evaporació.Les eficiències més altes i més baixes es van obtenir en arribar a capil·lars de 3,65 m i 3,96 m.Si la longitud del capil·lar augmenta en una certa quantitat, l'eficiència disminuirà.
A la fig.11. L'efecte capil·lar comporta una disminució de la capacitat de refrigeració.La capacitat de refrigeració mínima s'aconsegueix a un punt d'ebullició de -16 °C.La major capacitat de refrigeració s'observa en capil·lars amb una longitud d'uns 3,65 m i una temperatura de -12°C.
A la fig.La figura 12 mostra la dependència de la potència del compressor de la longitud del capil·lar i la temperatura d'evaporació.A més, el gràfic mostra que la potència disminueix amb l'augment de la longitud del capil·lar i la disminució de la temperatura d'evaporació.A una temperatura d'evaporació de -16 °C, s'obté una potència del compressor inferior amb una longitud capil·lar de 3,96 m.
Les dades experimentals existents es van utilitzar per verificar els resultats de CFD.En aquesta prova, els paràmetres d'entrada utilitzats per a la simulació experimental s'apliquen a la simulació CFD.Els resultats obtinguts es comparen amb el valor de la pressió estàtica.Els resultats obtinguts mostren que la pressió estàtica a la sortida del capil·lar és menor que a l'entrada del tub.Els resultats de la prova mostren que augmentar la longitud del capil·lar fins a un cert límit redueix la caiguda de pressió.A més, la caiguda de pressió estàtica reduïda entre l'entrada i la sortida del capil·lar augmenta l'eficiència del sistema de refrigeració.Els resultats obtinguts en CFD coincideixen amb els resultats experimentals existents.Els resultats de les proves es mostren a les figures 1 i 2. 13, 14, 15 i 16. En aquest estudi es van utilitzar tres capil·lars de diferents longituds.Les longituds dels tubs són de 3,35 m, 3,65 m i 3,96 m.Es va observar que la caiguda de pressió estàtica entre l'entrada i la sortida capil·lars augmentava quan es va canviar la longitud del tub a 3,35 m.Tingueu en compte també que la pressió de sortida al capil·lar augmenta amb una mida de canonada de 3,35 m.
A més, la caiguda de pressió entre l'entrada i la sortida del capil·lar disminueix a mesura que la mida de la canonada augmenta de 3,35 a 3,65 m.Es va observar que la pressió a la sortida del capil·lar baixava bruscament a la sortida.Per aquest motiu, l'eficiència augmenta amb aquesta longitud capil·lar.A més, augmentar la longitud de la canonada de 3,65 a 3,96 m es redueix de nou la caiguda de pressió.S'ha observat que en aquesta longitud la caiguda de pressió cau per sota del nivell òptim.Això redueix el COP de la nevera.Per tant, els llaços de pressió estàtica mostren que el capil·lar de 3,65 m proporciona el millor rendiment a la nevera.A més, un augment de la caiguda de pressió augmenta el consum d'energia.
A partir dels resultats de l'experiment, es pot veure que la capacitat de refrigeració del refrigerant R152a disminueix amb l'augment de la longitud de la canonada.La primera bobina té la capacitat de refrigeració més alta (-12 °C) i la tercera bobina té la capacitat de refrigeració més baixa (-16 °C).La màxima eficiència s'aconsegueix a una temperatura de l'evaporador de -12 °C i una longitud capil·lar de 3,65 m.La potència del compressor disminueix amb l'augment de la longitud del capil·lar.La potència d'entrada del compressor és màxima a una temperatura de l'evaporador de -12 °C i mínima a -16 °C.Compareu les lectures de CFD i de pressió aigües avall per a la longitud del capil·lar.Es pot veure que la situació és la mateixa en tots dos casos.Els resultats mostren que el rendiment del sistema augmenta a mesura que la longitud del capil·lar augmenta fins als 3,65 m en comparació amb els 3,35 m i els 3,96 m.Per tant, quan la longitud del capil·lar augmenta en una certa quantitat, el rendiment del sistema augmenta.
Tot i que l'aplicació de CFD a les centrals tèrmiques i elèctriques millorarà la nostra comprensió de la dinàmica i la física de les operacions d'anàlisi tèrmica, les limitacions requereixen el desenvolupament de mètodes CFD més ràpids, senzills i menys costosos.Això ens ajudarà a optimitzar i dissenyar els equips existents.Els avenços en el programari CFD permetran el disseny i l'optimització automatitzats, i la creació de CFD a través d'Internet augmentarà la disponibilitat de la tecnologia.Tots aquests avenços ajudaran el CFD a convertir-se en un camp madur i una potent eina d'enginyeria.Així, l'aplicació de CFD en enginyeria tèrmica serà més àmplia i ràpida en el futur.
Tasi, WT Riscs ambientals i Revisió de l'exposició i del risc d'explosió d'hidrofluorocarburs (HFC).J. Quimiosfera 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Escalfament global a causa dels HFC.dimecres.Avaluació de l'impacte.obert 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S i Muralidharan S. Avaluació comparativa d'alternatives respectuoses amb el medi ambient al refrigerant R134a en neveres domèstiques.l'eficiència energètica.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA i Falade, Anàlisi comparativa del rendiment de tres refrigerants HFC respectuosos amb l'ozó en refrigeradors de compressió de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Estudi experimental de R152a i R32 com a substituts de R134a en neveres domèstiques.Energia 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. i Torrella E. Comparació experimental de refrigerants R152a i R134a en unitats frigorífiques equipades amb compressors hermètics.interior J. Nevera.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. i Borokhinni FO Eficiència energètica dels refrigerants ecològics R152a i R600a com a reemplaçament de R134a en sistemes de refrigeració per compressió de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP i Mahajan, PS Avaluació experimental de l'eficàcia de R152a com a substitut de R134a en sistemes de refrigeració per compressió de vapor.intern J. Departament de Defensa.projecte.dipòsit d'emmagatzematge.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO i Huang, Z. Un estudi sobre l'eficàcia d'alguns refrigerants d'hidrofluorocarburs de baix escalfament global com a reemplaçament de R134a en sistemes de refrigeració.J. Ing.Físic tèrmic.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. i Bala PK Anàlisi energètica de les barreges HFC-152a, HFO-1234yf i HFC/HFO com a substituts directes de l'HFC-134a a les neveres domèstiques.Strojnicky Casopis J. Mech.projecte.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. i Chandrasekaran, P. Anàlisi CFD de la transferència de calor convectiva natural en neveres domèstiques fixes.Sessió IOP.Sèrie de televisió Alma mater.la ciència.projecte.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A. i Maiorino, A. HFO i la seva barreja binària amb HFC134a com a refrigerant en refrigeradors domèstics: anàlisi energètica i avaluació d'impacte ambiental.Aplicar temperatura.projecte.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. i Zeng, W. Reemplaçament i optimització de refrigerants sota restriccions de reducció d'emissions de gasos d'efecte hivernacle.J. Pura.producte.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. i Hartomagioglu S. Predicció del temps de refredament dels refrigeradors domèstics amb un sistema de refrigeració termoelèctric mitjançant l'anàlisi CFD.interior J. Nevera.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB i Chahuachi, B. Anàlisi experimental i numèrica d'intercanviadors de calor de serpentina helicoïdal per a refrigeradors domèstics i escalfament d'aigua.interior J. Nevera.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. i Cabello R. Avaluació de l'impacte energètic de diferents alternatives al refrigerant R134a de baix GWP en refrigeradors de begudes.Anàlisi experimental i optimització de refrigerants purs R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a i R744.conversió d'energia.governar.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA et al.Un cas pràctic d'anàlisi experimental i estadística del consum d'energia dels frigorífics domèstics.recerca d'actualitat.temperatura.projecte.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. i Hartomagioglu S. Anàlisi numèrica (CFD) i experimental d'una nevera domèstica híbrida que incorpora sistemes de refrigeració per compressió de vapor i termoelèctrics.interior J. Nevera.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a com a refrigerant alternatiu a R-134a en refrigeradors domèstics: una anàlisi experimental.interior J. Nevera.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. i Masselli C. Mescla de HFC134a i HFO1234ze en neveres domèstiques.intern J. Calent.la ciència.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. i Koshy Matthews, P. Comparació del rendiment dels sistemes de refrigeració per compressió de vapor que utilitzen refrigerants respectuosos amb el medi ambient amb baix potencial d'escalfament global.interna J. Ciència.dipòsit d'emmagatzematge.alliberament.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. i Cauchy-Matthews, P. Anàlisi tèrmica de sistemes de refrigeració per compressió de vapor utilitzant R152a i les seves mescles R429A, R430A, R431A i R435A.interna J. Ciència.projecte.dipòsit d'emmagatzematge.3(10), 1-8 (2012).
Hora de publicació: 14-gen-2023