何俊,陶樂仁,虞中旸
?
變制冷劑流量制冷系統(tǒng)的不穩(wěn)定性分析
何俊,陶樂仁,虞中旸
(上海理工大學制冷與低溫工程研究所,上海 200093)
針對變制冷劑流量(VRF)系統(tǒng)中的過熱度不穩(wěn)定性振蕩現(xiàn)象,利用變流量水冷式制冷機組設計實驗。通過觀察同一頻率下定閥開度變壓比和定壓比變閥開度時系統(tǒng)參數(shù)的振蕩現(xiàn)象,分析不穩(wěn)定段過熱度振蕩機理,并得出結論。實驗結果表明:隨著蒸發(fā)器內液相拉長,在蒸發(fā)量一定的情況下,完全蒸干點不斷地向蒸發(fā)器出口推移,系統(tǒng)呈現(xiàn)出振蕩初態(tài);當過熱度跨入最小穩(wěn)定信號(MSS)線的不穩(wěn)定區(qū)域時,由于制冷劑流型的變化使得蒸發(fā)器兩側換熱機理發(fā)生交替,從而產(chǎn)生了不穩(wěn)定性振蕩;變閥開度對質量流量的增量影響僅為變壓比下的53.3%,但兩工況下能夠在不穩(wěn)定區(qū)間達到的最大峰谷差均在3K左右;工況1#下壓比對壓縮機功耗有更直接的影響,在制冷量微升的前提下仍能促使系統(tǒng)性能系數(shù)(COP)趨勢向下。
變流量制冷系統(tǒng);過熱度振蕩;穩(wěn)定性;壓比;閥開度
蒸汽壓縮式制冷循環(huán)通常采用吸氣過熱度來控制制冷劑的流量,但大的過熱度會導致蒸發(fā)器有效換熱面積減小,使得系統(tǒng)循環(huán)制冷量減少;過熱度太小可能使蒸發(fā)器出口呈兩相態(tài),而壓縮機大量的吸氣帶液就可能使其產(chǎn)生“液擊”,這對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響同樣是有害的。因此,為了平衡循環(huán)效率與設備可靠性,一般保持蒸發(fā)器出口過熱度盡量的小。但是干式蒸發(fā)器存在的最小穩(wěn)定過熱度現(xiàn) 象[1]使得對其出口過熱度的控制難度大大增加。
DHAR等[2]發(fā)現(xiàn)并總結了熱力膨脹閥控制回路中的過熱度穩(wěn)定性問題,認為系統(tǒng)所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性振蕩是由膨脹閥本身的特性決定的;WEDEKIND[3]也發(fā)現(xiàn)了熱力膨脹閥控制回路中的過熱度振蕩現(xiàn)象,但認為類似振蕩的產(chǎn)生是由蒸發(fā)器自身的固有特性決定的。而后,MITHRARATNE等[4]利用對蒸發(fā)器逆流水循環(huán)加熱的方式進行了實驗仿真,結果表明,制冷劑“0”過熱度點位置在蒸發(fā)器中隨機波動,同時誘發(fā)了制冷劑溫度以及過熱度的隨機波動,如圖1。這同時也印證了過熱度不穩(wěn)定性緣由于蒸發(fā)器自身的固有特性。
HUELLE等[5-7]針對手動膨脹閥-干式蒸發(fā)器控制系統(tǒng)的過熱度穩(wěn)定性進行了實驗,并總結出了最小穩(wěn)定信號線理論(MSS):干式蒸發(fā)器控制回路中的過熱度穩(wěn)定性取決于蒸發(fā)器本身的固有特性,且其MSS線主要與蒸發(fā)器的熱負荷大小相關,如圖2。CHEN等[1]在2002年首次提出在電子膨脹閥控制回路也存在過熱度不穩(wěn)定的現(xiàn)象,并且認為這一不穩(wěn)定性振蕩現(xiàn)象是由于換熱機理的變化引起的,這與1964年ZAHN[8]提出的蒸發(fā)器中制冷劑的不穩(wěn)定性換熱導致制冷系統(tǒng)振蕩的緣由不謀而合。
隨著VRF空調的逐漸普及,由于其高效節(jié)能、控溫精度高的優(yōu)勢也越來越受到人們的親睞,且田長青等[9]也指出了對變流量制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的重要性。針對于此,本文搭建了小型變流量水冷冷水機組,通過改變幾個影響制冷劑質量流量的重要參數(shù),以期觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定性振蕩,并試圖分析相關現(xiàn)象及機理。
圖1 完全蒸干點和當?shù)販囟鹊碾S機波動
圖2 最小穩(wěn)定過熱度線
試驗裝置原理如圖3,結構上類似于一臺小型變流量冷水機組。
圖3中,壓縮機選用自帶氣液分離器的變頻滾動轉子式壓縮機,理論排量為10.2mL/轉,其頻率通過一臺通用型變頻器驅動,可手動設置范圍為16.6~120Hz,其中額定頻率為50Hz。壓縮機功耗的測量儀器選用精度高達0.5級的智能數(shù)字功率表。
m表示制冷劑質量流量,采用科氏力質量流量計測定,同時也可以測出流量計中制冷劑段的溫度v和壓力v,其精度為±0.1%。為了準確控制循環(huán)過冷度,在流量計前段裝置了過冷器,通過恒溫水浴的自動調控能力來平衡過冷度,其偏差不超 過±0.1。
圖3 實驗裝置圖
1—變頻滾動轉子式壓縮機(自帶氣液分離器);2—冷凝器及其冷卻水循環(huán)系統(tǒng);3—儲液罐;4—過冷裝置循環(huán)系統(tǒng);5—科氏力流量計; 6—電子膨脹閥;7—可視管Ⅰ;8—蒸發(fā)器及其冷凍水循環(huán)系統(tǒng); 9—可視管Ⅱ
圖3中溫度測點、壓力測點分別采用鉑電阻以及壓力變送器來測定。為了避免邊界層的破 壞,鉑電阻采用斜插式內置管路,其溫度偏差 為±0.15℃+0.002||(為測量溫度,單位為℃),能夠測定冷卻水出水溫度w,o、壓縮機排氣溫度d以及壓縮機吸氣溫度e;另外,壓力變送器的精度為0.5%,可測定壓縮機排氣壓力d、蒸發(fā)器出口壓力e以及冷凝器出口壓力c。
蒸發(fā)器為BL26-26緊湊型板式換熱器。相應的冷凍水循環(huán)系統(tǒng)所需溫度采用電加熱器來自動作增補,其加熱量大小由調壓調功器控制??梢暪堍虿捎檬⒉AЧ懿馁|,密封連接在蒸發(fā)器出口,可以方便地觀察蒸發(fā)器出口的制冷劑流型。
圖3中閥6為直動式電子膨脹閥,由步進電機驅動,并且可手動設置閥開度以精確改變制冷劑流量。此外,系統(tǒng)循環(huán)的制冷劑為R32。
變頻制冷系統(tǒng)中可通過改變壓縮機頻率或電子膨脹閥開度來調控制冷劑流量,對于本文所搭建的變制冷劑流量水冷式機組,其飽和溫度下的壓力之比也影響著制冷劑循環(huán)流量。虞中旸等[10]也指出壓比對質量流量的影響頗大,因此設計實驗,利用變流量冷水機組實驗臺研究在定閥開度變壓比和定壓比變閥開度的不同工況下,過熱度不穩(wěn)定段相關振蕩現(xiàn)象及機理。
首先以50Hz的頻率啟動并運行壓縮機,同時調節(jié)電子膨脹閥使得系統(tǒng)處于較低的穩(wěn)定過熱度,此狀態(tài)下維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行60min以上。其后進行兩組實驗:①逐步提升冷卻水溫度,同時控制冷凍水側電加熱量來保持蒸發(fā)壓力的穩(wěn)定,通過增大壓比來使過熱度進入不穩(wěn)定區(qū)域。過程中重復觀察可視管Ⅱ中的制冷劑流型并持秒表作相應記錄。②逐步增大電子膨脹閥開度直至系統(tǒng)由過熱度振蕩到蒸發(fā)器出口0K過熱度,過程中重復觀察可視管Ⅱ中的制冷劑流型并持秒表作相應記錄。以上實驗數(shù)據(jù)通過PLC實時采集至PC電腦端,在每個工況穩(wěn)定運行60min以上后,輸出10min內的數(shù)據(jù),以確保實驗分析的準確性。具體實驗工況如表1、表2。
實驗循環(huán)原理如圖4所示。
表1 定閥開度、不同壓比的實驗工況(1#)
表2 定壓比2.86、不同閥開度的實驗工況(2#)
圖4 制冷系統(tǒng)循環(huán)的P-h圖
本文需要研究壓縮機吸氣狀態(tài)從過熱變化到吸氣飽和時的系統(tǒng)性能。圖4中,2-3-5-6-2為吸氣過熱態(tài)制冷循環(huán),1-4-5-6-1為吸氣飽和態(tài)的制冷循環(huán),循環(huán)過程中可測得如圖4及其他實驗參數(shù):壓縮機排氣壓力d、耗功及吸氣溫度e,蒸發(fā)器及冷凝器出口壓力e、c,電子膨脹閥前溫度v以及制冷劑質量流量m。再由實驗所測,通過Refprop 9.0物性軟件可得到相應壓力下的制冷劑飽和溫度e,sat,蒸發(fā)器出口焓值e以及電子膨脹閥前焓值v,代入式(1)~式(4),可計算求得所需數(shù)值。
壓比
r=d/e(1)
過熱度
sh=e–e,sat(2)
制冷量
=m(e–v) (3)
性能系數(shù)COP
COP=/(4)
特別說明的是,本文所設計實驗工況下(過熱態(tài))制冷劑攜帶潤滑油能力極弱,即便是接近0K過熱度時,壓縮機極少量的吸氣帶液仍然無法攜帶足以影響系統(tǒng)制冷量的潤滑油量,因此,忽略潤滑油對制冷量產(chǎn)生的影響。
圖5展示了系統(tǒng)不穩(wěn)定性振蕩區(qū)間的過熱度變化狀態(tài),可以看出:蒸發(fā)器出口過熱度隨著壓比的增大而逐漸減小,但趨勢漸緩,且當壓比在2.4~2.6區(qū)間過熱度有較大的振蕩幅度。顯而易見的是,當壓比由2.3過渡至2.4時,系統(tǒng)過熱度有一個相對大的落差且此后不再具備穩(wěn)定性,這是由于隨著冷凝壓力的不斷上升,壓縮比增加的同時制冷劑質量流量也在不斷地增加(如圖6),這便使得蒸發(fā)器出口過熱度在相應的負荷下跨入了MSS線的不穩(wěn)定振蕩區(qū)域。
具體機理分析為:由于增大冷卻水側電加熱量,系統(tǒng)壓比上升使得蒸發(fā)器內液態(tài)制冷劑增多,但此時蒸發(fā)器的蒸發(fā)量為定值,故完全蒸干點(水平管道兩相區(qū)與過熱區(qū)的轉換點)隨液相拉長而向蒸發(fā)器出口移動。當水溫由32℃增大至35℃后,蒸發(fā)器過熱度突然越過MSS線跨入不穩(wěn)定振蕩區(qū)間,制冷劑流型開始轉為霧態(tài)環(huán)流,但同時,由于制冷劑質量流量的增加使得蒸發(fā)器內壓力升高,從而造成系統(tǒng)高低壓差下降,短暫地導致了制冷劑質量流量的緩減,此時液膜被快速“蒸干”使得其流動形式又回渡為單相過熱蒸氣流,但熱流量仍在提升,所以此后兩種流型便相伴以分鐘級交替產(chǎn)生。與此同時,制冷劑換熱方式也轉換至過熱蒸氣流與霧態(tài)流的交替換熱。而后繼續(xù)增大壓比,當制冷劑質量流量足夠到蒸發(fā)器內出現(xiàn)液膜對流沸騰換熱時,換熱方式的改善使得傳熱系數(shù)有了大幅提升,蒸發(fā)器兩側換熱劇烈程度被瞬間加強,從而頃刻間引起過熱度墜降,這便是圖5中的陡然落差現(xiàn)象。此后繼續(xù)冷卻水側熱流量供應,直到壓比上升到2.6左右,便在可視管Ⅱ中觀察到過熱蒸氣、霧態(tài)流以及環(huán)狀流3種流型以秒級交替出現(xiàn)。如此不穩(wěn)定性傳熱方才導致制冷劑換熱機理頻頻發(fā)生變化從而使得過熱度反復波動,也正如圖5所示,過熱度以2K左右的峰谷差持續(xù)劇烈波動,甚至換熱方式跨度過大時能達 到3K。
當制冷劑質量流量增多到相當程度且此時制冷劑側與水側的換熱效力削弱至極時,液膜不會再被“蒸干”,交替換熱消失,其便會逐漸回渡至穩(wěn)定換熱狀態(tài)。此工況也同時印證了文獻[1]中總結的對過熱度穩(wěn)定性的影響主要是來自于制冷劑質量流量與蒸發(fā)器兩側熱流量變化的結論。
圖7所示為過熱度不穩(wěn)定區(qū)間制冷量及系統(tǒng)性能系數(shù)(COP)隨壓比變化的相對趨勢。在定閥開度的情況下,可以看出COP是隨著壓比的增大而趨減的,而制冷量卻隨之緩慢上升。然較之COP的下降趨勢,制冷量上升極微,這是由于壓縮機耗功持續(xù)走高而導致的,如圖8。
圖5 定閥開度下過熱度隨壓比的變化
圖6 定閥開度下質量流量隨壓比的變化
圖7 定閥開度下制冷量及COP隨壓比變化的對比
圖8 定閥開度下壓縮機耗功隨壓比的變化
蒸發(fā)器出口低壓制冷劑蒸氣初始呈單相流動,隨著壓比逐漸提升,蒸發(fā)器內制冷劑液相拉長,因此換熱面積的有效利用使得制冷量有所提升。而后過熱度跨過最小穩(wěn)定值進入MSS線的不穩(wěn)定區(qū),當下觀察可視管Ⅱ可以發(fā)現(xiàn):霧態(tài)環(huán)流卷吸著細小液流于自身連續(xù)體內并以分鐘級與過熱蒸氣交替環(huán)流,此時系統(tǒng)開始小幅振蕩。由于蒸發(fā)器換熱面積增加且此時霧態(tài)環(huán)流換熱系數(shù)遠高于單項過熱蒸氣態(tài),使得制冷量在系統(tǒng)“失穩(wěn)”狀態(tài)下仍有所緩增,其具體交替變化的換熱系數(shù)可由SHAH[11]與Petukhov-Popov[12]提出的換熱區(qū)計算關聯(lián)式求得,見式(5)、式(6)。
(1)蒸發(fā)器兩相環(huán)狀流換熱系數(shù)計算
(2)蒸發(fā)器單相過熱區(qū)換熱系數(shù)計算
式中,=(1.821v–1.64)–2;i為蒸發(fā)管內徑;下角標v為制冷劑氣體。
此時可視管Ⅱ中制冷劑液體緊貼石英管內壁以環(huán)狀液膜形式潺動,其間包裹著制冷劑氣體從中快速掠過,并持續(xù)交替著霧態(tài)流與過熱蒸氣流,之后隨著壓比進一步增大,蒸發(fā)器出口制冷劑的換熱特性過渡為液膜對流沸騰換熱,兼帶著3種流型(過熱蒸氣、霧態(tài)流、環(huán)狀流)以秒級交替,制冷量得到進一步緩增,但由于流型的不間斷交替,制冷劑換熱方式的持續(xù)波動,使得制冷循環(huán)始終處于振蕩之中,這使得對制冷劑“0”過熱度的控制難度加深。如圖8所示,在過熱度振蕩最為劇烈的區(qū)間(2.4~2.6),耗功較之穩(wěn)定段提升略大,加之伴隨壓比上升而出現(xiàn)的質量流量大增導致了系統(tǒng)“失穩(wěn)”,使得壓縮機耗功急步升高,而制冷量的緩增根本不足以平衡壓縮機的功率消耗,因此COP呈下滑態(tài)勢,這對制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性運行和循環(huán)性能的優(yōu)化都是不利的。楊夢輝[13]也表明了環(huán)境及系統(tǒng)循環(huán)的多變性對變頻壓縮機的耗功影響甚大,需在實際操作中盡量規(guī)避。
綜上所述,壓比的提升將引起制冷劑質量流量的增加從而降低過熱度,隨著完全蒸干點逐步延伸至蒸發(fā)器出口,過熱度一旦跨過最小穩(wěn)定值便會發(fā)生振蕩,且這般不穩(wěn)定性振蕩是由于蒸發(fā)器內制冷劑流型變化導致其換熱機理的交替所產(chǎn)生的。同時,對于增壓比后不穩(wěn)定區(qū)間的系統(tǒng)循環(huán)性能,壓縮機耗功對過熱度振蕩的反應尤為劇烈,以至于其耗功增加幅度阻止了制冷量的提升而使得COP顯著下滑,這對系統(tǒng)循環(huán)的穩(wěn)定性運行是不利的。
圖9展示了固定外壓比的條件下,過熱度在系統(tǒng)循環(huán)不穩(wěn)定段隨閥開度的變化情況。與圖5類似,過熱度整體呈漸緩的下滑態(tài)勢,且同樣存在一個振蕩尤其劇烈的區(qū)間。但相異的是,1#工況下當壓比處于最大振蕩區(qū)間(0.67~0.71)時,隨著閥開度不斷地加大,不穩(wěn)定段持續(xù)保持較大振幅,而壓比的增加卻表現(xiàn)為對振幅的快速削弱。這是因為隨著閥開度的不斷增大,制冷劑質量流量在同時間段內增量僅為變壓比下增量的53.3%,如圖10,因此在同一時間范圍內,變閥開度工況下略少的制冷劑更容易被“蒸干”,而后隨著質量流量的持續(xù)供應,當有較高換熱系數(shù)的液膜對流換熱方式出現(xiàn)后,過熱蒸氣流、霧狀流、環(huán)狀流三者以更快的秒級速度變換出現(xiàn),伴隨著更為劇烈的換熱機理的交替,使得振蕩幅度更大,持續(xù)時間更長,具體不穩(wěn)定性換熱機理如1#工況所述。
圖9 定壓比下過熱度隨閥開度的變化
圖10 定壓比下質量流量隨閥開度的變化
圖11所示為過熱度不穩(wěn)定區(qū)間制冷量及COP隨閥開度變化的相對趨勢,可以看出,二者均呈上升趨勢。較之于增壓比工況,增閥開度下制冷量不斷上升的同時COP也在增加,這是因為壓縮機耗功增長幅度穩(wěn)定且壓比對壓縮機的耗功有更直接的影響見式(7)[14]。
式中,為壓縮功;1、2為吸、排氣壓力;1為吸氣容積;為多變指數(shù)。
具體分析為:隨著閥開度不斷加大,制冷劑質量流量相應增加,霧狀流及液膜對流沸騰換熱等方式的出現(xiàn)改善了傳熱系數(shù),同時不間斷的液相增長使得換熱面積得到充分利用,于是制冷量相應提升。此外如圖12可知,壓縮機耗功增量明顯低于變壓比工況下的增量,其僅在10W附近波動,因此較之于1#工況,COP顯著升高。
綜上所述,提升壓比或增大閥開度都將對制冷劑質量流量的增加有所影響,但對比同一時間段內(系統(tǒng)由較低穩(wěn)定過熱度至“0”過熱度)單一區(qū)間的平均流量增量,2#工況僅為1#工況的53.3%。此外,同一系統(tǒng)不穩(wěn)定區(qū)間,定壓比條件下增加閥開度幾乎不對壓縮機耗功造成影響,而改變壓比對壓縮機耗功的影響卻非常之大。
圖11 定壓比下制冷量及COP隨閥開度變化的對比
圖12 定壓比下壓縮機耗功隨閥開度的變化
本文在固定壓縮機頻率下,通過改變影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩個重要條件,對過熱度不穩(wěn)定段的振蕩機理進行了觀察分析,并得出了以下主要結論。
(1)在蒸發(fā)器內蒸發(fā)量為定值的情況下,增加制冷劑質量流量將使得液相拉長,完全蒸干點逐漸向蒸發(fā)器出口推移,從而過熱度不斷減小直到穿過MSS線穩(wěn)定區(qū)域,呈現(xiàn)系統(tǒng)振蕩初態(tài)。
(2)在定頻、定閥開度(定壓比)下,過熱度隨著壓比(閥開度)的提升而不斷地減小,隨著制冷劑質量流量進一步增大,當其跨入MSS線的不穩(wěn)定區(qū)域時,由于制冷劑流型的變化使得蒸發(fā)器兩側換熱機理發(fā)生交替,于是便產(chǎn)生了不穩(wěn)定性 振蕩。
(3)變閥開度對質量流量的增量影響僅為變壓比下的53.3%,這一現(xiàn)象使得2#工況下的過熱度振蕩更為劇烈與持久,但兩工況下能夠在不穩(wěn)定區(qū)間達到的最大峰谷差均在3K左右。
(4)較之于2#工況,1#工況下壓比對壓縮機功耗有更直接影響,因此雖有制冷量微升,但仍無法平衡功耗猛增所帶來的影響,因而系統(tǒng)性能系數(shù)(COP)趨勢向下。
對于上述系統(tǒng)中不穩(wěn)定段的規(guī)律置之于其他變流量蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中仍然適用。此外,蒸發(fā)壓力與冷凝壓力所決定的外壓比與制冷劑質量流量的改變對過熱度振蕩的影響是具有耦合性質的,分析單一變量恐失去實驗嚴謹性,同時本文中較多使用到的關于兩相流型大體的識別的術語(霧態(tài)流、環(huán)狀流等),在其他VRF系統(tǒng)中也同樣適用,但更細致的名稱區(qū)分(如氣塞狀流、分層流、彈狀流等)以及在不同流型下的換熱計算仍需要在今后重點關注。此外,由于現(xiàn)代空調對控制的要求越來越高,文中所設計的控制方案及結論,諸如在膨脹閥難以自調的不穩(wěn)定區(qū)實施減小壓比的操作、當冷凝器側壓力過高時改變膨脹閥開度等均可提高空調系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時,對于變流量系統(tǒng),壓縮機的頻率控制同樣影響著系統(tǒng)穩(wěn)定性,后續(xù)可增加此變量以對如何更好地控制空調系統(tǒng)的穩(wěn)定性做出更為全面的總結。
[1] CHEN W,CHEN Zhijiu,ZHU Ruiqi,et al. Experimental investigation of a minimum stable superheat control system of an evaporator[J]. International Journal of Refrigeration,2002,25(8):1137- 1142.
[2] DHAR M, SOEDEL W. Transient analysis of vapor compression refrigeration system:PartⅠ, mathematical model and Part Ⅱ, computer simulation[C]//Proceedings of 15th International Congress of Regeration Meeting, Venice,Italy,1979:1035-1067.
[3] WEDEKIND G L. An experimental investigation into the oscillatory motion of the mixture-vapor transition point in horizontal evaporating flow[J]. Journal of Heat Transfer,1971,93(1):47-54.
[4] MITHRARATNE P,WIJEYSUNDERA N E. An experimental and numerical study of the dynamic behavior of a counter-flow evaporator[J]. International Journal of Refrigeration,2001,24(6):554-565.
[5] HUELLE Z R. MSS line — New approach to hunting problem [J]. ASHRAE Journal,1972(1):43 -46.
[6] HUELLE Z R. New points of view on evaporator liquid supply control by thermostatic expansion valves[J]. Danfoss Journal,1968,1(3):3-6.
[7] HUELLE Z R. Heat load influences upon evaporator parameters[C]//Ⅻ International Congress of Refrigeration,Madrid,1967:32
[8] ZAHN W R. A visual study of two-phase flow while evaporating in horizontal tubes[J]. Journal of Heat Transfer, 1964,86(3):417-429.
[9] 田長青,竇春鵬,楊新江,等. 制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性[J]. 流體機械,2002(4):44-48.
TIAN Changqing,DOU Chunpeng,YANG Xinjiang,et al. The stability of refrigeration systems[J]. Fluid Machinery,2002(4):44-48.
[10] 虞中旸,陶樂仁,王超,等. 變制冷劑流量制冷系統(tǒng)過熱度振蕩機理實驗研究[J]. 制冷學報,2017(1):100-106,112.
YU Zhongyang,TAO Leren,WANG Chao,et al. Experiment on hunting mechanism of superheated temperature of a variable refrigerant volume refrigeration system[J]. Journal of Refrigeration,2017(1):100-106,112.
[11] SHAH M M. Chart correlation for saturated boiling heat transfer: equations and further study[J]. ASHRAE Transactions,1982,88(1):185-196.
[12] PETUKHOV B S. Heat transfer and friction in turbulent pipe flow with variable physical properties[J]. Advances in Heat Transfer,1970,6:503-564.
[13] 楊夢輝. 變室內溫度變頻多聯(lián)機系統(tǒng)性能仿真研究[D]. 西安:西安建筑科技大學,2014.
YANG Menghui. Simulation study on performance of inverter multi-spilt air-conditioning system under different indoor temperatures[D]. Xi’an:Xi’an University of Architecture and Technology,2014.
[14] 宋曉瑜,程時波,楊杰. 淺談離心式壓縮機的功率計算[J]. 大氮肥,2014(5):296-298,302.
SONG Xiaoyu,CHENG Shibo,YANG Jie. Discussion on power calculation of centrifugal compressor[J]. Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry,2014(5):296-298,302.
Analysis of the instability of refrigerant system with variable refrigerant flow
HE Jun,TAO Leren,YU Zhongyang
(Institute of Refrigeration and Cryogenics,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093,China)
Aiming at the phenomenon of superheat instability in variable refrigerant flow(VRF)system,the experiment was designed by using variable flow water-cooled refrigeration unit. By observing the hunting phenomena at the same frequency of the important parameters of the relevant system,the hunting mechanism of the superheat of the unstable section was analyzed and the conclusion was drawn. The experimental results showed that with the liquid phase elongation in the evaporator,the evaporation point is continuously driven to the outlet of the evaporator in the case of a certain amount of evaporation capacity,and the system shows the initial hunting state. When the superheat enters the unstable region of the the minimum stable signal(MSS)line,the heat transfer mechanism on both sides of the evaporator alternates due to the change of refrigerant flow pattern,thus it has the instability. Under the same frequency,the influence of the valve opening on the mass flow rate is only about 53.3% of the transformer pressure ratio,but the maximum peak-valley difference between the two kinds of working conditions can reach about 3K in the unstable region. Under the condition of 1#,the pressure ratio has a more direct impact on the energy consumption of the compressor,and the coefficient of performance(COP)can reduce under the premise of the increase of the refrigerating capacity.
variable refrigerant flow refrigeration system;superheat oscillation;stability;pressure ratio;valve opening
TK124
A
1000–6613(2017)12–4356–07
10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0602
2017-04-06;
2017-06-01。
上海市動力工程多相流動與傳熱重點實驗室項目(13DZ2260900)。
何俊(1993—),男,碩士研究生。
陶樂仁,教授,研究方向為制冷與低溫系統(tǒng)、低溫生物醫(yī)學技術。E-mail: cryo307@usst.edu.cn。