應用納米添加劑的冰箱性能實(shí)驗研究

第42卷第7期西安交通大學(xué)學(xué)報Vol, 42 No72008年7月JOURNAL OF XI' AN JIAOTONG UNIVERSITYJul. 2008應用納米添加劑的冰箱性能實(shí)驗研究傅烈虎'，王瑞樣'，2，叢偉'，李青冬'，吳業(yè)正'(1.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，710049, 西安; 2.北京建筑工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院，10044,北京)摘要:對HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加劑體系應用于冰箱的性能進(jìn)行了實(shí)驗研究和分析.首先,測定了應用HFC134a/HC600a/礦物油體系的冰箱在不同的充灌量條件下壓縮機的吸、排氣溫度,蒸發(fā)溫度,壓縮機機殼溫度,冷卻速度,耗電量等指標.然后,在體系中添加了FesO納米添.加劑后進(jìn)行同樣實(shí)驗.實(shí)驗結果表明:冰箱的冷卻速度和耗電量均有一個(gè)最佳值;最大冷卻速度和最小耗電量分別對應的制冷劑最佳充灌量不是同一個(gè)值;在相同條件下,添加納米粒子后,壓縮機.機殼的溫度約下降2.2 C,吸氣溫度變化不大,排氣溫度約降低3.5 C,蒸發(fā)器平均溫度約降低0.3 C,冷卻時(shí)間約縮短148 s,同時(shí)耗電量略有減小,說(shuō)明納米粒子在強化傳熱和改善潤滑性能等方面發(fā)揮了作用.關(guān)鍵詞:納米添加劑;冰箱;冷卻速度;耗電量中圖分類(lèi)號: TB651文獻標志碼: A文章編號: 0253-987X(2008)07-0852-03Experiment Study on Performance of Refrigerator UsingNano-Particle AdditiveFU Liehu' , WANG Ruixiang'2, CONG Wei', LI Qingdong'，WU Yezheng'(1. School of Power and Energy Engineeing, Xi' an Jiaotong University, Xi an 710049, China;2. School of Environment and Energy Engineering, Bejing Institute of CivilEngincering and Architecture, Beijing 100444 China)Abstract: An experimental study was conducted on the performances of a refrigerator using themixture of HFC134a/HC600a, mineral oil and nano particles of FesO. The cooling speed and thepower consumption of the refrigerator, the temperatures at the different selected points in the re-frigerator were measured under the different charging amount, with and without adding nano-par-ticles in the system. The experimental results show that there was an optimal cooling speed andan optimal power consumption of the refrigerator but their corresponding charging amounts weredifferent. With nano particles under the same conditions, the refrigerator performance rose. Thetemperature of the compressor shell decreased by 2.2 C while the suction temperature changedslightly. Moreover, the discharge temperature decreased by 3.5 C and the average evaporatortemperature decreased by 0.3 C. The cooling time decreased by 148 seconds and the power con-sumption decreased slightly. It seems that the nanoparticles may be effective to enhance the heattransfer of the refrigerant and improving the property of the mineral oil.Keywords: nano-additive (Fe3O)); refrigerator; cooling speed; power consumption利用納米粒子添加劑改善物質(zhì)性質(zhì)或利用納米內外的研究熱點(diǎn).有關(guān)研究人員[1已經(jīng)開(kāi)展了納米材料的特殊性質(zhì),從而達到優(yōu)良的品質(zhì)是近年來(lái)國粒子切步研究.研究表中國煤化工’收稿日期: 2007-09-13.作者簡(jiǎn)介: 傅烈虎(1982 - ),男 ,碩士生;.IYHCNMH G導師，基金項目:北京市高等學(xué)校人才強教計劃資助項目(PHR(IHLB) ;北京市自然科學(xué)基金資助項目(2042008).第7期傅烈虎,等:應用納米添加劑的冰箱性能實(shí)驗研究853明:特定介質(zhì)的納米粒子能夠有效地改善HFC制量充人混合 工質(zhì),重復步驟(3).冷劑與礦物基冷凍油的相溶性,制冷系統的效率得2實(shí)驗數據與分析.到了一定提高,壓縮機回油率性能良好.利用納米粒子添加劑改善制冷劑和冷凍油的熱力學(xué)性質(zhì)、傳熱2.1制冷 劑/礦物油體系特性流動(dòng)特性,從而達到優(yōu)化參數、強化傳熱、改善2.1.1冰箱的冷 卻速度本實(shí)驗 在環(huán)境溫度為(28油溶性、提高壓縮機耐磨性、減少噪聲等效果,將是士1) C之間進(jìn)行測量.將實(shí)驗冰箱在環(huán)境中至少放提高制冷空調、熱泵設備的效率和可靠性的重要創(chuàng )置6h,使冰箱內部溫度與環(huán)境溫度達到平衡(溫差新手段之一.≤1 C).關(guān)閉冰箱門(mén),使冰箱連續運行3 h,測定在不同的充灌量me下冷凍室平均溫度降到一18 C時(shí)1實(shí)驗步驟所需要的時(shí)間.作者進(jìn)行了多次重復實(shí)驗,數據復現主要的溫度測點(diǎn)分別分布在壓縮機進(jìn)、出口,壓性較好,實(shí)驗結果如圖1所示.縮機外殼,蒸發(fā)器盤(pán)管,冰箱冷凍室(位于冰箱中間腔體中心軸上,距下端6 cm處)等處.2.7步驟1:將標定好的熱電偶分別布置于冷凍室溫度測點(diǎn)，蒸發(fā)器沿途及壓縮機進(jìn)、出口和外殼各號2.6.s步驟2:安裝數據采集軟件Agilent Bench Link2.60 6570580 85 9Data Logger Software for the Agilent 34970A,并用RS-232電纜線(xiàn)將Agilent 34970A測量?jì)x器與計圖1降溫時(shí)間隨充灌量變化的曲線(xiàn)算機相連.檢查測量?jì)x器內部設置,并調節設置使其和軟件相-致.從圖1可以看出,隨著(zhù)混合工質(zhì)充灌量的改變,步驟3:在冰箱壓縮機啟動(dòng)之后,用質(zhì)量差法將冰箱的冷卻速度也不斷變化.事實(shí)上,當制冷劑充灌已按1 : 4的質(zhì)量比配制好的HC600a與HFC134a量過(guò)小時(shí),進(jìn)人蒸發(fā)器的液體制冷劑不足,在蒸發(fā)器混合I質(zhì)[司慢慢注人冰箱系統,充人的混合工質(zhì)質(zhì)中很快變成氣態(tài)， 導致蒸發(fā)器管道有相當長(cháng)的- -段量為60 g.充灌完畢后,使壓縮機停機6 h以上,根處于氣態(tài)單相換熱,換熱能力不足,從而導致冷卻速據國家標準要求,使冰箱內部溫度與環(huán)境溫度達到度偏慢.當制冷劑充灌量過(guò)大時(shí),進(jìn)人冷凝器的液態(tài)平衡0(溫差≤1 C),即各測點(diǎn)穩定,恢復到室溫，制冷劑過(guò)多,冷凝壓力和蒸發(fā)壓力升高,從而使蒸發(fā)然后開(kāi)啟冰箱進(jìn)行數據采集.在冰箱運行3h后,記溫度提高，傳熱溫差減少，也造成冷卻速度偏慢.在錄此時(shí)待測點(diǎn)的溫度值及耗電量和冷卻時(shí)間(冰箱適當的充灌量下(85g),冷卻速度有一一個(gè)最佳值.冷凍室內測點(diǎn)溫度從室溫降至一18 C所需時(shí)間).2.1.2冰箱耗電量本實(shí)驗耗電 量是冰箱在相同步驟4:在相同的環(huán)境條件下(室溫波動(dòng)小于2環(huán)境條件下運行3 h后所測出的結果.從圖2可以C),改變充人混合工質(zhì)的質(zhì)量,分別測出混合制冷看 出:隨著(zhù)充灌量的變化，冰箱所消耗的電量先減小劑的總質(zhì)量為70、75、80、85.90 g的條件下,所測各后增大.如果僅考慮冰箱的節能效果，最佳充灌量點(diǎn)溫度值及耗電量和冷卻時(shí)間.在改變充灌量時(shí),冰應為80g.從圖1.圖2還可以看出，隨著(zhù)混合工質(zhì)箱本身的設備、部件(如毛細管等)均不做變動(dòng).根據充灌量的改變,冰箱的耗電量雖然也有一個(gè)最佳耗電量，確定冰箱應用此混合工質(zhì)時(shí)的最佳充灌量.值,但該最佳值對應的充灌量與最佳冷卻速度所對步驟5:實(shí)驗采用的納米粒子為FesO..使用“兩0.30r步法”,將制備好的納米粒子直接與礦物油混合,使0.29納米添加劑的質(zhì)量分數達到0.7%,然后利用超聲振動(dòng)使其混合均勻，達到穩定.中國煤化工步驟6:將壓縮機從冰箱取出后豎直放置,讓原85 90YHCNMHG冰箱系統中的礦物油自然滴人容器中,待壓縮機內的礦物油完全滴盡后再將壓縮機放回冰箱內,然后圖2耗電量隨充灌 量變化的曲線(xiàn)加入同體積的納米添加劑礦物油,并按最佳充灌質(zhì)854西安交通大學(xué)學(xué)報第42卷應的充灌量并不- -致.出現這一現象主要是由于冰從壓縮機存油量來(lái)看,系統回油狀況良好.納米箱的這兩項性能指標所反映的內在參數不同.冰箱介質(zhì)運用在冰箱制冷系統中,在一-定 程度上起到了的冷卻速度主要反映的是制冷能力，而耗電量則更強化傳熱、提高潤滑性能及改善制冷劑與礦物油相多地與冰箱制冷系統的能效比有關(guān)，因此它們各自溶性的作用，是提高冰箱能效的一種潛力手段. 納米的最佳值所對應的最佳充灌量是不同的.粒子的質(zhì)量配比和納米粒子種類(lèi)是影響潛力的重要2.2制冷 劑/礦物油/納米添加劑體系因素,分散劑的使用能夠極大地提高納米粒子的質(zhì)由表1中的數據可以看出:量配比和分散穩定性，進(jìn)而也會(huì )極大地增強納米粒(1)應用HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加子發(fā)揮的作用,而這些有待進(jìn)-步的研究和探索劑體系的冰箱能夠正常安全的運行,某些參數略?xún)?yōu)越于HFC134a/HC600a/礦物油體系;參考文獻:(2)應用HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加[1] WANG Ruixiang, HAO Bo,XIE Guozhen,etal. A re劑體系的冰箱冷凍速度較快,蒸發(fā)器平均溫度降低，frigerating system using HFC134a and mineral lubri-壓縮機出口溫度有所下降,進(jìn)口溫度變化不大，且耗cant appended with NTiO2(R) as working fluids[C]//Proceedings of the 4th Intermational Symposium on電量較少,納米粒子的加人能夠在一定程度上強化HAVC. Bejing, China: Tsinghua Universty Press,傳熱,提高換熱效果,另外由于納米介質(zhì)的引人使原2003:888 892.工質(zhì)/礦物油體系的飽和蒸氣壓曲線(xiàn)變得平坦,使壓[2] WANG Ruixiang, ZOU Debao, ZHANG Qinglin. An縮機壓力比變小,故而省功;investigation on refrigerating system using HFC134a(3)應用HFC134a/ HC600a/礦物油/納米添加and mineral lubricant mixed with nano particles TiO2劑體系的冰箱壓縮機外殼溫度較低,說(shuō)明納米粒子(a) as working fluids[C]// Proceedings of the 4th In~能夠改善摩擦潤滑性能.ternational Conference on Compressor and Refrigera-表1混合工質(zhì)在最佳充灌量下應用納米添tion. Xi' an, China: Xi an Jiaotong University Press,加劑時(shí)的性能對比2003:313-319.制冷劑/礦物油制冷劑/礦物[3] Z0U Debao, WANG Ruixiang, ZHANG Qinglin. In-vestigation on the action of nanoparticles on the solu-油/納米添加劑bility and miscibility of mineral lubricant oil and HFC冷卻時(shí)間/s2 4602312refrigerant [C]// Proceedings of the 4th Intemational壓縮機機殼67.965. 7Conference on Compressor and Refrigeration. Xi an,溫度(壁面)/CChina: Xi an Jiaotong University Press,2003:461-469.壓縮機吸氣溫28.128. 2[4]徐明仿 ,杜維明,晏剛.混合制冷劑R134a/R600a應用度(壁面)/C于冰箱的研究[]制冷與空調, 2005 ,5(2):75-78.蒸發(fā)器平均-37.4-37.7XU Mingfang, DU Weiming, YAN Gang. Study of溫度/C壓縮機排氣the application of R134a/R600a mixture in refrigerator72.669. 1[J]. Refrigeration and Air Conditioning, 2005, 5(2):75-78.耗電量/kW.h0. 2600. 255[5]陳艷陽(yáng),任挪穎， 晏剛.新型制冷劑研究及應用冰箱壓縮機的設計[J].家電科技, 2005 (12): 45-47.3結論CHEN Yanyang, REN Nuoyin, YAN Gang. Research& application of new refrigerant and compressor de-經(jīng)過(guò)長(cháng)達72h的運轉測試，結果表明:隨著(zhù)混sign[J]. Science and Technology of Household Elec-合工質(zhì)充灌量的改變,冰箱的冷卻速度和耗電量均tric Apliance, 2005 (12): 45-47.是先減小后增大,都存在-個(gè)最佳值,但最佳值各自[6]閻俊青,王云飛,陳蒲，等. 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