多元混合工质相平衡及传热模拟与系统实验研究

论文摘要

本文针对五元混合工质制冷系统展开研究,通过理论分析、实验模拟、实验台架搭建与实验结果分析,对五元混合工质制冷系统在120～180K温区的热力性质进行探讨,找到了该温区内具有较高热力效率和高可靠性的制冷机型式。文章采用RKS方程研究混合工质的热力特性,通过计算得到了RKS方程中最重要的参数m和n,选择Redlich修正混合规则,介绍了相互作用因子k ij的计算方法。通过使用状态方程法,利用立方型状态方程RKS方程建立数学物理模型,并探讨了求解数学模型的计算方法,得到了多元混合节流制冷工质的压力、比热容、温度、焓和熵等平衡物性。根据上述方法对混合工质进行了气液相平衡计算,得到了混合工质的热力学性质参数,并由此制作了其压焓图和表,图中包含等温线和相分离线等。在研究了混合工质相平衡特性的基础上,对套管式换热器进行了初步的热力分析和数值模拟,建立了具有相变传热的混合工质换热器的数学物理模型及传热模型,对换热器进行了模拟计算,计算得到了高压和低压侧的温度、换热系数、比热容、普朗特数的沿程分布,为换热器的设计提供理论指导。在理论研究和数值模拟的基础上,作者搭建了单级压缩三级分凝制冷循环实验台。通过三组对比实验,作者对实验数据和现象进行了分析,得到了相应的温度变化曲线。实验结果分析验证了总的工质充灌量和合理的工质配比对整个制冷系统运行的影响以及换热器模拟结果的正确性。通过实验的结果分析提出了混合工质研究工作中存在的一些问题和缺陷以及进一步改进的方法,对混合工质热力性质和混合工质自复叠制冷循环研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 本文符号表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 混合工质制冷系统研究的发展与现状
• 1.3 本文工作的主要内容
• 2 工质与状态方程及相应参数的选择和计算
• 2.1 引言
• 2.2 工质的选择和确定
• 2.3 状态方程的选择
• 2.4 状态方程参数的研究与计算
• 2.5 多元工质的混合规则及相互作用系数的拟合
• 2.6 本章小结
• 3 混合工质气液相平衡模型研究
• 3.1 气液相平衡的热力学基础
• 3.2 气液相平衡的条件和相率
• 3.3 混合工质的热力性质计算
• 3.4 气液相平衡的计算方法
• 3.5 气液相平衡的研究结果与分析
• 3.6 本章小结
• 4 混合工质换热器的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 换热器数学物理模型的建立
• 4.3 换热模型的确定
• 4.4 换热器模型的数值模拟
• 4.5 混合工质换热器数值模拟结果与分析
• 4.6 本章小结
• 5 混合工质制冷循环系统实验研究
• 5.1 混合工质制冷循环系统
• 5.2 实验步骤
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文