Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Heimilishitunar- og kælikerfi nota oft háræðstæki.Notkun spíralháræða útilokar þörfina fyrir léttan kælibúnað í kerfinu.Háræðaþrýstingur fer að miklu leyti eftir breytum háræðarúmfræðinnar, svo sem lengd, meðalþvermál og fjarlægð á milli þeirra.Þessi grein fjallar um áhrif háræðalengdar á afköst kerfisins.Þrjár háræðar af mismunandi lengd voru notaðar í tilraununum.Gögnin fyrir R152a voru skoðuð við mismunandi aðstæður til að meta áhrif mismunandi lengdar.Hámarksnýtni næst við -12°C hitastig uppgufunartækis og 3,65 m háræðalengd.Niðurstöður sýna að afköst kerfisins eykst með aukinni lengd háræða í 3,65 m samanborið við 3,35 m og 3,96 m.Þess vegna, þegar lengd háræðsins eykst um ákveðið magn, eykst árangur kerfisins.Tilraunaniðurstöðurnar voru bornar saman við niðurstöður CFD-greiningar (comutational fluid dynamics).
Kæliskápur er kælitæki sem inniheldur einangrað hólf og kælikerfi er kerfi sem skapar kæliáhrif í einangruðu rými.Kæling er skilgreind sem ferlið við að fjarlægja varma úr einu rými eða efni og flytja þann varma í annað rými eða efni.Ísskápar eru nú mikið notaðir til að geyma matvæli sem skemmast við umhverfishita, skemmdir frá bakteríuvexti og öðrum ferlum er mun hægari í lághita ísskápum.Kælimiðlar eru vinnuvökvar sem notaðir eru sem hitakökur eða kælimiðlar í kæliferli.Kælimiðlar safna hita með því að gufa upp við lágan hita og þrýsting og þéttast síðan við hærra hitastig og þrýsting og losa um hita.Herbergið virðist vera að kólna þar sem hitinn fer úr frystinum.Kælingarferlið fer fram í kerfi sem samanstendur af þjöppu, eimsvala, háræðarörum og uppgufunartæki.Ísskápar eru kælibúnaðurinn sem notaður er í þessari rannsókn.Ísskápar eru mikið notaðir um allan heim og þetta tæki er orðið heimilisnauðsyn.Nútíma ísskápar eru mjög hagkvæmir í rekstri en rannsóknir til að bæta kerfið eru enn í gangi.Helsti ókosturinn við R134a er að hann er ekki þekktur fyrir að vera eitraður en hefur mjög mikla hlýnunargetu (GWP).R134a fyrir heimiliskæliskápa hefur verið innifalið í Kyoto-bókun loftslagssamnings Sameinuðu þjóðanna1,2.Hins vegar ætti notkun R134a að minnka verulega3.Frá umhverfis-, fjárhags- og heilsusjónarmiði er mikilvægt að finna lága hlýnun4 kælimiðla.Nokkrar rannsóknir hafa sannað að R152a er umhverfisvænt kælimiðill.Mohanraj o.fl.5 könnuðu fræðilegan möguleika á notkun R152a og kolvetniskælimiðla í heimiliskælum.Kolvetni hefur reynst óvirk sem sjálfstæð kælimiðill.R152a er orkunýtnari og umhverfisvænni en kælimiðlar sem eru hætt í áföngum.Bolaji og fleiri.6.Frammistaða þriggja umhverfisvænna HFC kælimiðla var borin saman í gufuþjöppunarkæli.Þeir komust að þeirri niðurstöðu að hægt væri að nota R152a í gufuþjöppunarkerfi og gæti komið í stað R134a.R32 hefur ókosti eins og háspennu og lágan árangur (COP).Bolaji o.fl.7 prófuðu R152a og R32 í staðinn fyrir R134a í ísskápum til heimilisnota.Samkvæmt rannsóknum er meðalnýtni R152a 4,7% hærri en R134a.Cabello o.fl.prófað R152a og R134a í kælibúnaði með loftþéttum þjöppum.8. Bolaji et al9 prófuðu R152a kælimiðil í kælikerfum.Þeir komust að þeirri niðurstöðu að R152a væri orkunýtnust, með 10,6% minni kæligetu á hvert tonn en fyrri R134a.R152a sýnir meiri rúmmálskælingargetu og skilvirkni.Chavhan et al.10 greindu eiginleika R134a og R152a.Í rannsókn á tveimur kælimiðlum kom í ljós að R152a var orkunýtnust.R152a er 3,769% hagkvæmari en R134a og er hægt að nota sem bein skipti.Bolaji o.fl.11 hafa rannsakað ýmis lág-GWP kælimiðla í stað R134a í kælikerfum vegna minni hnattrænnar hlýnunarmöguleika.Meðal kælimiðla sem metin voru hefur R152a mesta orkuafköst, sem dregur úr raforkunotkun á hvert tonn af kælingu um 30,5% samanborið við R134a.Að sögn höfunda þarf að endurhanna R161 algjörlega áður en hægt er að nota hann í staðinn.Margvísleg tilraunavinna hefur verið unnin af mörgum innlendum kælifræðingum til að bæta afköst lág-GWP og R134a-blönduðra kælimiðjukerfa sem væntanleg skipti í kælikerfum12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran o.fl.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 rannsökuðu frammistöðu nokkurra umhverfisvænna kælimiðla og samsetningu þeirra við R134a sem hugsanlegan valkost fyrir ýmsar gufuþjöppunarprófanir.Kerfi.Tiwari o.fl.36 notuðu tilraunir og CFD greiningu til að bera saman árangur háræðaröra með mismunandi kælimiðlum og rörþvermál.Notaðu ANSYS CFX hugbúnað til greiningar.Mælt er með bestu spóluhönnuninni.Punia et al.16 rannsökuðu áhrif háræðalengdar, þvermáls og þvermáls spólu á massaflæði LPG kælimiðils í gegnum spíralspólu.Samkvæmt niðurstöðum rannsóknarinnar gerir aðlögun lengd háræða á bilinu 4,5 til 2,5 m kleift að auka massaflæðið að meðaltali um 25%.Söylemez o.fl.16 framkvæmdu CFD greiningu á ferskleika í kælirými fyrir heimili (DR) með því að nota þrjú mismunandi turbulent (seigfljótandi) líkön til að fá innsýn í kælihraða ferskleikahólfsins og hitadreifingu í lofti og hólfi við hleðslu.Spár þróaða CFD líkansins sýna greinilega loftflæði og hitastig innan FFC.
Þessi grein fjallar um niðurstöður tilraunarannsóknar til að ákvarða frammistöðu kæliskápa til heimilisnota sem nota R152a kælimiðil, sem er umhverfisvænt og hefur enga hættu á ósoneyðingu (ODP).
Í þessari rannsókn voru 3,35 m, 3,65 m og 3,96 m háræðar valdir sem prófunarstaðir.Tilraunir voru síðan gerðar með R152a kælimiðli með lítilli hlýnun jarðar og rekstrarbreytur voru reiknaðar.Hegðun kælimiðilsins í háræðinu var einnig greind með CFD hugbúnaðinum.Niðurstöður CFD voru bornar saman við niðurstöður tilrauna.
Eins og sést á mynd 1 má sjá ljósmynd af 185 lítra heimiliskæli sem notaður var við rannsóknina.Það samanstendur af uppgufunartæki, loftþéttri þjöppu og loftkældum eimsvala.Fjórir þrýstimælar eru settir upp við inntak þjöppu, inntak eimsvala og úttak uppgufunartækis.Til að koma í veg fyrir titring meðan á prófun stendur eru þessir mælar settir upp á spjaldið.Til að lesa hitastig hitaeininga eru allir vír hitaeininga tengdir við hitaeiningaskanni.Tíu hitamælitæki eru sett upp við uppgufunarinntak, þjöppusog, útblástur þjöppu, kælirými og inntak, inntak eimsvala, frystihólf og þéttiúttak.Einnig er greint frá spennu- og straumnotkun.Rennslismælir tengdur pípuhluta er festur á tréplötu.Upptökur eru vistaðar á 10 sekúndna fresti með því að nota Human Machine Interface (HMI) eininguna.Sjónglerið er notað til að athuga einsleitni þéttiflæðisins.
Selec MFM384 ammælir með innspennu 100–500 V var notaður til að mæla afl og orku.Kerfisþjónustutengi er komið fyrir ofan á þjöppunni til að hlaða og endurhlaða kælimiðil.Fyrsta skrefið er að tæma rakann úr kerfinu í gegnum þjónustugáttina.Til að fjarlægja mengun úr kerfinu skal skola það með köfnunarefni.Kerfið er hlaðið með lofttæmdælu, sem tæmir eininguna í -30 mmHg þrýsting.Tafla 1 sýnir eiginleika kæliskápaprófunarbúnaðarins til heimilisnota og Tafla 2 sýnir mæld gildi, svo og svið þeirra og nákvæmni.
Einkenni kælimiðla sem notuð eru í kæli- og frystiskápa til heimilisnota eru sýnd í töflu 3.
Prófanir voru gerðar samkvæmt ráðleggingum ASHRAE Handbook 2010 við eftirfarandi skilyrði:
Að auki, til öryggis, var athugað til að tryggja að niðurstöðurnar væru endurteknar.Svo lengi sem rekstrarskilyrði eru stöðug eru hitastig, þrýstingur, kælimiðilsflæði og orkunotkun skráð.Hitastig, þrýstingur, orka, afl og flæði eru mæld til að ákvarða frammistöðu kerfisins.Finndu kæliáhrif og skilvirkni fyrir tiltekið massaflæði og afl við tiltekið hitastig.
Með því að nota CFD til að greina tveggja fasa flæði í spíralspólu í innlendum kæliskáp er auðvelt að reikna út áhrif háræðalengdar.CFD greining gerir það auðvelt að fylgjast með hreyfingu vökvaagna.Kælimiðillinn sem fer í gegnum innra hluta spíralspólunnar var greindur með því að nota CFD FLUENT forritið.Tafla 4 sýnir stærð háræðaspólanna.
FLUENT hugbúnaðurinn möskvahermir mun búa til burðarvirkishönnunarlíkan og möskva (myndir 2, 3 og 4 sýna ANSYS Fluent útgáfuna).Vökvamagn pípunnar er notað til að búa til mörk möskva.Þetta er ristið sem notað er fyrir þessa rannsókn.
CFD líkanið var þróað með því að nota ANSYS FLUENT vettvang.Aðeins hreyfanlegur vökva alheimurinn er táknaður, þannig að flæði hvers háræðaslangs er mótað með tilliti til þvermáls háræðsins.
GEOMETRY líkanið var flutt inn í ANSYS MESH forritið.ANSYS skrifar kóða þar sem ANSYS er sambland af líkönum og bættum jaðarskilyrðum.Á mynd.4 sýnir pípu-3 (3962,4 mm) líkanið í ANSYS FLUENT.Tetrahedral þættir veita meiri einsleitni, eins og sýnt er á mynd 5. Eftir að aðalnetið er búið til er skráin vistuð sem möskva.Hlið spólunnar er kölluð inntakið, en hin hliðin snýr að úttakinu.Þessi kringlóttu andlit eru vistuð sem veggir pípunnar.Fljótandi miðlar eru notaðir til að búa til líkön.
Óháð því hvernig notandanum finnst um þrýsting var lausnin valin og þrívíddarvalkosturinn valinn.Orkuvinnsluformúlan hefur verið virkjuð.
Þegar flæðið er talið óreiðukennt er það mjög ólínulegt.Því var K-epsilon flæðið fyrir valinu.
Ef valinn valkostur er valinn af notanda verður umhverfið: Lýsir varmafræðilegum eiginleikum R152a kælimiðils.Formeiginleikar eru geymdir sem gagnagrunnshlutir.
Veðurskilyrði haldast óbreytt.Inntakshraði var ákvarðaður, þrýstingi 12,5 bör og hitastigi 45°C lýst.
Að lokum, í fimmtándu endurtekningu, er lausnin prófuð og rennur saman við fimmtándu endurtekningu, eins og sýnt er á mynd 7.
Það er aðferð til að kortleggja og greina niðurstöður.Teiknaðu gagnalykkjur um þrýsting og hitastig með því að nota Monitor.Eftir það er heildarþrýstingur og hitastig og almennar hitastigsbreytur ákvarðaðar.Þessi gögn sýna heildarþrýstingsfall yfir spólurnar (1, 2 og 3) á myndum 1 og 2. 7, 8 og 9 í sömu röð.Þessar niðurstöður voru unnar úr hlaupaforriti.
Á mynd.10 sýnir breytingu á skilvirkni fyrir mismunandi lengd uppgufunar og háræða.Eins og sjá má eykst skilvirkni með hækkandi uppgufunarhitastigi.Hæsta og lægsta nýtingin fékkst þegar náð var í háræðaspönn upp á 3,65 m og 3,96 m.Ef lengd háræðsins er aukin um ákveðið magn mun skilvirknin minnka.
Breyting á kæligetu vegna mismunandi uppgufunarhitastigs og lengd háræða er sýnd á mynd.11. Háræðaáhrifin leiða til lækkunar á kæligetu.Lágmarks kælingargeta næst við -16°C suðumark.Mesta kæligetan er í háræðum um 3,65 m að lengd og -12°C hita.
Á mynd.12 sýnir háð afl þjöppu af lengd háræðs og uppgufunarhita.Auk þess sýnir línuritið að krafturinn minnkar með aukinni lengd háræðs og minnkandi uppgufunarhita.Við uppgufunarhitastig upp á -16 °C fæst lægra þjöppuafl með 3,96 m háræðslengd.
Fyrirliggjandi tilraunagögn voru notuð til að sannreyna CFD niðurstöðurnar.Í þessu prófi eru inntaksfæribreyturnar sem notaðar eru fyrir tilraunauppgerðina notaðar á CFD uppgerðina.Niðurstöðurnar sem fengust eru bornar saman við gildi stöðuþrýstings.Niðurstöðurnar sem fengust sýna að kyrrstöðuþrýstingurinn við útganginn úr háræðinu er minni en við innganginn að rörinu.Prófunarniðurstöðurnar sýna að ef lengd háræðs er að vissum mörkum dregur úr þrýstingsfallinu.Að auki eykur minnkað kyrrstöðuþrýstingsfall milli inntaks og úttaks háræðsins skilvirkni kælikerfisins.CFD niðurstöðurnar sem fengust eru í góðu samræmi við fyrirliggjandi tilraunaniðurstöður.Niðurstöður prófsins eru sýndar á myndum 1 og 2. 13, 14, 15 og 16. Þrjár háræðar af mismunandi lengd voru notaðar í þessari rannsókn.Slöngulengdirnar eru 3,35m, 3,65m og 3,96m.Í ljós kom að kyrrstöðuþrýstingsfall milli inntaks og úttaks háræða jókst þegar lengd rörsins var breytt í 3,35m.Athugið einnig að úttaksþrýstingur í háræðinu eykst með pípustærð upp á 3,35 m.
Auk þess minnkar þrýstingsfallið milli inntaks og úttaks háræða eftir því sem rörstærð eykst úr 3,35 í 3,65 m.Það sást að þrýstingurinn við úttak háræðsins lækkaði verulega við úttakið.Af þessum sökum eykst skilvirkni með þessari háræðslengd.Að auki dregur úr þrýstingsfalli að auka rörlengdina úr 3,65 í 3,96 m aftur.Það hefur komið fram að yfir þessa lengd fer þrýstingsfallið niður fyrir ákjósanlegasta mörkin.Þetta dregur úr COP í kæli.Þess vegna sýna stöðuþrýstingslykkjurnar að 3,65 m háræðið gefur besta afköst í kæliskápnum.Auk þess eykur aukið þrýstingsfall orkunotkun.
Af niðurstöðum tilraunarinnar má sjá að kæligeta R152a kælimiðilsins minnkar með aukinni rörlengd.Fyrsta spólan hefur mesta kæligetu (-12°C) og þriðja spólan hefur minnstu kæligetu (-16°C).Hámarksnýtni næst við -12°C hitastig uppgufunartækis og 3,65 m háræðalengd.Afl þjöppunnar minnkar með aukinni lengd háræða.Aflmagn þjöppunnar er hámark við -12 °C hitastig uppgufunartækis og lágmark við -16 °C.Bera saman CFD og niðurstreymis þrýstingsmælingar fyrir háræðalengd.Það má sjá að staðan er sú sama í báðum tilfellum.Niðurstöður sýna að afköst kerfisins eykst eftir því sem lengd háræða eykst í 3,65 m samanborið við 3,35 m og 3,96 m.Þess vegna, þegar lengd háræðsins eykst um ákveðið magn, eykst árangur kerfisins.
Þrátt fyrir að notkun CFD á varma- og orkuver muni bæta skilning okkar á gangverki og eðlisfræði varmagreiningaraðgerða, krefjast takmarkanir þróunar á hraðari, einfaldari og ódýrari CFD-aðferðum.Þetta mun hjálpa okkur að hagræða og hanna núverandi búnað.Framfarir í CFD hugbúnaði munu leyfa sjálfvirka hönnun og hagræðingu og sköpun CFDs í gegnum internetið mun auka aðgengi tækninnar.Allar þessar framfarir munu hjálpa CFD að verða þroskað svið og öflugt verkfræðiverkfæri.Þannig mun beiting CFD í hitaverkfræði verða víðtækari og hraðari í framtíðinni.
Tasi, WT Umhverfishættur og vetnisflúorkolefni (HFC) útsetning og sprengihætta endurskoðun.J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Hnattræn hlýnun vegna HFC.miðvikudag.Mat á áhrifum.opið 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S og Muralidharan S. Samanburðarmat á umhverfisvænum valkostum við R134a kælimiðil í kæliskápum til heimilisnota.orkunýtingu.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA og Falade, Samanburðargreining á frammistöðu þriggja ósonvænna HFC kælimiðla í gufuþjöppunarkælum.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Tilraunarannsókn á R152a og R32 í staðinn fyrir R134a í ísskápum til heimilisnota.Orka 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. og Torrella E. Tilraunasamanburður á R152a og R134a kælimiðlum í kælieiningar sem eru búnar loftþéttum þjöppum.innri J. Ísskápur.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. og Borokhinni FO Orkunýtni umhverfisvænna kælimiðla R152a og R600a í staðinn fyrir R134a í gufuþjöppunarkælikerfi.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP og Mahajan, PS. Tilraunamat á virkni R152a sem staðgengill R134a í gufuþjöppunarkælikerfi.innra J. Varnarmálaráðuneytið.verkefni.geymslutankur.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO og Huang, Z. Rannsókn á virkni sumra vetnisflúorkolefna kælimiðla með lága hlýnun jarðar sem staðgengill R134a í kælikerfum.J. Ing.Varmaeðlisfræðingur.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. og Bala PK Orkugreining á HFC-152a, HFO-1234yf og HFC/HFO blöndu sem bein staðgöngu fyrir HFC-134a í ísskápum fyrir heimili.Strojnicky Casopis J. Mech.verkefni.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. og Chandrasekaran, P. CFD greining á náttúrulegum varmaflutningi í kyrrstæðum heimiliskælum.IOP fundur.Sjónvarpsþáttaröð Alma mater.vísindin.verkefni.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A., og Maiorino, A. HFO og tvöfaldur blanda þess með HFC134a sem kælimiðli í heimiliskælum: orkugreining og mat á umhverfisáhrifum.Notaðu hitastig.verkefni.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R., og Zeng, W. Skipt um kælimiðil og hagræðingu samkvæmt takmörkunum til að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda.J. Pure.vöru.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., og Hartomagioglu S. Spá um kælitíma heimiliskæla með hitarafmagns kælikerfi með CFD greiningu.innri J. Ísskápur.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB og Chahuachi, B. Tilrauna- og töluleg greining á spóluvarmaskiptum fyrir heimiliskæli og vatnshitun.innri J. Ísskápur.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. og Cabello R. Mat á orkuáhrifum mismunandi valkosta við lág-GWP R134a kælimiðil í drykkjarkælum.Tilraunagreining og hagræðing á hreinum kælimiðlum R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a og R744.orkubreyting.að stjórna.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA o.fl.Tilviksrannsókn á tilrauna- og tölfræðilegri greiningu á orkunotkun innlendra ísskápa.staðbundnar rannsóknir.hitastig.verkefni.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. og Hartomagioglu S. Tölufræðileg (CFD) og tilraunagreining á blendings ísskáp til heimilisnota sem inniheldur hita- og gufuþjöppunarkælikerfi.innri J. Ísskápur.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. o.fl.R-152a sem annar kælimiðill en R-134a í heimiliskælum: Tilraunagreining.innri J. Ísskápur.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. og Masselli C. Blanda af HFC134a og HFO1234ze í heimiliskælum.innri J. Hot.vísindin.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. og Koshy Matthews, P. Samanburður á frammistöðu gufuþjöppunar kælikerfa með umhverfisvænum kælimiðlum með litla hlýnunargetu.innri J. Vísindi.geymslutankur.gefa út.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. og Cauchy-Matthews, P. Hitagreining á gufuþjöppunarkælikerfi með því að nota R152a og blöndur þess R429A, R430A, R431A og R435A.innri J. Vísindi.verkefni.geymslutankur.3(10), 1-8 (2012).
Birtingartími: Jan-14-2023