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淺析關(guān)于隔膜壓力表換向除霜特性的實(shí)驗(yàn)研究

作時(shí)間:2019-09-23  來源:  作者:
   
摘 要 本文對(duì)隔膜壓力表換向除霜特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,分析了進(jìn)風(fēng)溫度、相對(duì)濕度對(duì)除霜時(shí)的壓縮機(jī)吸氣壓力、隔膜壓力表管壁溫度、除霜時(shí)間、除霜時(shí)壓縮機(jī)耗功及吸熱量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:除霜時(shí)隔膜壓力表管壁溫度隨時(shí)間的變化分為急速增加段和緩慢增加段兩個(gè)階段;壓縮機(jī)的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過程,隨后壓縮機(jī)吸氣壓力慢慢增加,#后達(dá)到穩(wěn)定。同時(shí),壓縮機(jī)吸氣壓力和隔膜壓力表管壁溫度隨著進(jìn)風(fēng)溫度和相對(duì)濕度的增大而增大,除霜時(shí)間隨著進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度的增加而減少。除霜時(shí)壓縮機(jī)耗功隨著進(jìn)風(fēng)溫度的變化基本呈線性關(guān)系,而且隨著溫度的增加而減少;壓縮機(jī)耗功也隨著相對(duì)濕度的增大而減少,但隨著進(jìn)風(fēng)空氣溫度的升高,隨著相對(duì)濕度的增大壓縮機(jī)耗功減小幅度呈下降趨勢(shì)。除霜吸熱量隨著進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加反而減少,而且進(jìn)風(fēng)空氣溫度越低,空氣相對(duì)濕度對(duì)除霜吸熱量的影響越大。
結(jié)霜是普遍發(fā)生在制冷、低溫技術(shù)等工程領(lǐng)域的自然現(xiàn)象,對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)和裝置的工作性能及可靠性產(chǎn)生直接和顯著的影響。當(dāng)霜層增加到一定厚度時(shí),制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)下降非常迅速。此時(shí),必須對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行除霜操作。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)制冷系統(tǒng)、換熱器除霜性能進(jìn)行了大量的研究,胡斌 [1]等人深入研究了空氣源熱泵機(jī)組在不同使用環(huán)境條件下的結(jié)霜和除霜過程,開發(fā)了防積冰除霜方法、大流量除霜方法、防積雪控制等關(guān)鍵除霜技術(shù)和智能除霜控制邏輯。袁麗芬等 [2] 對(duì)一臺(tái)醫(yī)用冷藏箱熱氣旁通化霜的效果進(jìn)行了研究,通過結(jié)霜、化霜試驗(yàn)分析得到熱氣旁通的化霜效率可以達(dá)到80%以上。Reindl [3] 等提出了一種采用直接膨脹的熱氣旁通除霜方法,利用電磁閥的調(diào)節(jié)來阻止高壓制冷劑液體進(jìn)入隔膜壓力表。Qu [4] 對(duì)逆循環(huán)除霜法結(jié)合蓄熱材料進(jìn)行研究,結(jié)果表明該除霜方式可以更可靠地運(yùn)用于極端氣候環(huán)境,不但可以縮短除霜時(shí)間,而且還能降低除霜能耗。曲明璐等 [5] 提出增設(shè)蓄熱器的蓄能復(fù)疊式空氣源熱泵除霜系統(tǒng),與常規(guī)熱氣旁通除霜對(duì)比分析表明:采用蓄能除霜方法的除霜時(shí)間較旁通除霜減少71.4%~77.6%,系統(tǒng)除霜能耗降低65.1%~85.2%。本文對(duì)隔膜壓力表換向除霜特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分析了進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)隔膜壓力表管壁溫度、壓縮機(jī)吸氣壓力、除霜時(shí)間、壓縮機(jī)耗功、除霜吸熱量等參數(shù)的影響。
1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)工況
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
20190923111855.jpg20190923111904.jpg
發(fā)器放置于焓差室的室外側(cè);隔膜壓力表的進(jìn)出口空氣參數(shù)通過焓差室進(jìn)行調(diào)節(jié);焓差室能夠準(zhǔn)確的測量隔膜壓力表的換熱量、壓縮機(jī)的功率消耗等技術(shù)參數(shù)。焓差室照片如圖1所示,隔膜壓力表照片如圖2所示。
1.2 測量儀器
隔膜壓力表管壁溫度通過敷設(shè)在隔膜壓力表管壁上的熱電偶進(jìn)行測量。熱電偶采用的是銅-康銅熱電偶,均經(jīng)過標(biāo)定。溫度采集器采用YOKOGAWA電子公司生產(chǎn)的IM DR232-01E型溫度巡檢儀對(duì)所測的溫度進(jìn)行自動(dòng)檢測與記錄,壓力傳感器采用麥克公司生產(chǎn)的MPM480壓阻式壓力變送器。
1.3 實(shí)驗(yàn)工況
為了研究不同空氣參數(shù)條件下隔膜壓力表的除霜性能,本文在不同進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)濕度條件下對(duì)一臺(tái)隔膜壓力表的除霜特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。
20190923111915.jpg
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
從圖3和圖4可以看出,除霜開始后隔膜壓力表的管壁溫度有一個(gè)急劇上升的過程,持續(xù)時(shí)間大概是100 s左右,隨后管壁溫度緩慢增加,#后達(dá)到穩(wěn)定。其原因主要是逆向除霜時(shí)隔膜壓力表是冷凝器,壓縮機(jī)啟動(dòng)后直接把高溫高壓的制冷劑蒸汽排入隔膜壓力表中,所以開始時(shí)隔膜壓力表的管壁溫度急劇增加。但是隨著時(shí)間的推移,排入隔膜壓力表的高溫高壓的氣態(tài)制冷劑越來越多,管壁溫度與氣態(tài)制冷劑之間達(dá)到溫度平衡,所以#后管壁溫度達(dá)到穩(wěn)定。
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從圖3還可以看出進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度越大,隔膜壓力表的管壁溫度越高,當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣相對(duì)濕度為90%時(shí)比相對(duì)濕度為75%時(shí)的隔膜壓力表管壁溫度大約提高10.5%。其原因可能是空氣濕度越大,空氣中的水蒸氣含量越多,而水蒸氣的比熱比干空氣的要大,所以對(duì)冷凝溫度產(chǎn)生一定的影響,從而導(dǎo)致相對(duì)濕度越大管壁溫度越高。從圖4可以看出隨著進(jìn)風(fēng)溫度的增大,隔膜壓力表的管壁溫度也越高。當(dāng)空氣進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度為85%時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣溫度為0 ℃時(shí)管壁溫度比-8 ℃時(shí)的管壁溫度大約提高11.9%。其主要原因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)空氣溫度會(huì)影響制冷系統(tǒng)的冷凝溫度,而進(jìn)風(fēng)溫度越高,冷凝溫度也越高,壓縮機(jī)排氣溫度也越高,所以隔膜壓力表表面溫度也越高。
 

20190923112004.jpg20190923112015.jpg7Kb壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
從圖5和圖6可以看出除霜開始時(shí),壓縮機(jī)的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過程,隨后壓縮機(jī)吸氣壓力慢慢增大,#后達(dá)到穩(wěn)定。其原因主要是除霜開始時(shí),由于四通換向閥換向,隔膜壓力表與排氣管道相連。由于排氣管道內(nèi)是高溫高壓的制冷劑蒸汽,隔膜壓力表內(nèi)的低溫低壓的制冷劑蒸汽與排氣管內(nèi)的高溫高壓的制冷劑蒸汽混合后,壓力迅速增加,因此壓縮機(jī)吸氣壓力有一個(gè)迅速升高的過程。但隨著壓縮機(jī)的啟動(dòng)后,系統(tǒng)建立新的高壓和低壓,壓縮機(jī)的吸氣壓力迅速降低,所以除霜開始時(shí),壓縮機(jī)吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后又迅速降低的過程。隨著除霜過程的進(jìn)行,霜層逐漸減少,因此壓縮機(jī)吸氣壓力有一個(gè)緩慢增加的過程,#后隔膜壓力表表面霜層全部除完,壓縮機(jī)吸氣壓力達(dá)到穩(wěn)定,除霜結(jié)束。從圖5可以看出在進(jìn)風(fēng)溫度不變的情況下,相對(duì)濕度越大,壓縮機(jī)吸氣壓力越大。當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-5 ℃時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣相對(duì)濕度為90%時(shí)比75%時(shí)壓縮機(jī)吸氣壓力要提高27.8%左右。從圖6可以看出,在進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度不變的情況下,進(jìn)風(fēng)溫度越高,壓縮機(jī)吸氣壓力越大。當(dāng)進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度為75%時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣溫度為0 ℃時(shí)壓縮機(jī)吸氣壓力比-8 ℃時(shí)的壓縮機(jī)吸氣壓力大約提高76.5%。
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圖7為除霜時(shí)間隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況。從圖中可以看出,除霜時(shí)間隨著進(jìn)風(fēng)溫度的增加而減少,當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣相對(duì)濕度為75%時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣溫度為3 ℃時(shí)除霜時(shí)間比-8 ℃時(shí)減少37.8%。其原因主要是,隨著進(jìn)風(fēng)溫度的增加,除霜時(shí)壓縮機(jī)排氣溫度也越高,因此隔膜壓力表管壁溫度也越高,放熱量也越大,所以除霜時(shí)間就越短。從圖中還可以看出除霜時(shí)間隨著進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度的增加而減少,當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-5 ℃時(shí),進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度為90%時(shí)除霜時(shí)間比75%時(shí)減少16.2%。原因可能是隨著相對(duì)濕度的增大,霜的密度越小,霜的質(zhì)量也越小,除霜需要消耗的熱量也越少,因此除霜的時(shí)間也越短。圖8為除霜時(shí)壓縮機(jī)耗功隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況,從圖中可以看出,除霜時(shí)壓縮機(jī)耗功隨著進(jìn)風(fēng)溫度的變化基本呈線性關(guān)系,而且隨著溫度的增加而減少,當(dāng)相對(duì)濕度為75%時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8℃時(shí)的壓縮機(jī)除霜耗功比3 ℃時(shí)要增加2.38倍;而且隨著相對(duì)濕度的增大,壓縮機(jī)耗功隨溫度變化的曲線斜率也變小。從圖中還可以看出壓縮機(jī)耗功也隨著相對(duì)濕度的增大而減少,當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣相對(duì)濕度為75%時(shí)壓縮機(jī)耗功比90%時(shí)要提高59.4%左右;當(dāng)進(jìn)風(fēng)空氣溫度為3 ℃時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣相對(duì)濕度為75%時(shí)壓縮機(jī)耗功比90%時(shí)要提高28.8%左右,隨著進(jìn)風(fēng)空氣溫度的升高,隨著相對(duì)濕度的增大壓縮機(jī)耗功減小幅度呈下降趨勢(shì)。
 

20190923112045.jpg20190923112103.jpg7Kb壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
圖9為除霜過程中吸熱量隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況,從圖中可以看出除霜吸熱量隨著進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加反而減少,當(dāng)相對(duì)濕度為75%時(shí),進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí)的除霜吸熱量比3 ℃時(shí)的要增加2.3倍。而且進(jìn)風(fēng)空氣溫度越低,空氣相對(duì)濕度對(duì)除霜吸熱量的影響越大。其原因可能是霜層密度隨著進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度的增加反而減少,因此在厚度相同的情況下隔膜壓力表表面的結(jié)霜量也隨著進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加而減少,因此化霜的熱量也隨之減少,所以除霜吸熱量也隨著進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度的增加減少。
3 結(jié)論
(1) 除霜開始后隔膜壓力表的管壁溫度有一個(gè)急劇上升的過程,隨后管壁溫度緩慢增加,#后達(dá)到穩(wěn)定;而壓縮機(jī)的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過程,隨后壓縮機(jī)吸氣壓力慢慢增大,#后達(dá)到穩(wěn)定。
(2) 壓縮機(jī)吸氣壓力和隔膜壓力表管壁溫度隨著進(jìn)風(fēng)溫度和相對(duì)濕度的增大而增大,除霜時(shí)間、除霜時(shí)壓縮機(jī)耗功和除霜吸熱量隨著進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度的增加而減少。
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