Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositivas á vez.Use os botóns Anterior e Seguinte para moverse por tres diapositivas á vez, ou use os botóns deslizantes ao final para moverse por tres diapositivas á vez.
Os sistemas de calefacción e refrixeración domésticos adoitan empregar dispositivos capilares.O uso de capilares espirais elimina a necesidade de equipos de refrixeración lixeiros no sistema.A presión capilar depende en gran medida dos parámetros da xeometría capilar, como a lonxitude, o diámetro medio e a distancia entre eles.Este artigo céntrase no efecto da lonxitude capilar no rendemento do sistema.Nos experimentos utilizáronse tres capilares de diferentes lonxitudes.Os datos de R152a examináronse en diferentes condicións para avaliar o efecto de diferentes lonxitudes.A máxima eficiencia conséguese a unha temperatura do evaporador de -12 °C e unha lonxitude capilar de 3,65 m.Os resultados mostran que o rendemento do sistema aumenta co aumento da lonxitude capilar ata os 3,65 m fronte aos 3,35 m e 3,96 m.Polo tanto, cando a lonxitude do capilar aumenta nunha certa cantidade, o rendemento do sistema aumenta.Comparáronse os resultados experimentais cos resultados da análise de dinámica de fluídos computacional (CFD).
Un frigorífico é un aparello de refrixeración que inclúe un compartimento illado e un sistema de refrixeración é un sistema que crea un efecto de arrefriamento nun compartimento illado.O arrefriamento defínese como o proceso de quitar calor dun espazo ou substancia e transferir esa calor a outro espazo ou substancia.Os frigoríficos utilízanse agora amplamente para almacenar alimentos que se estragan a temperatura ambiente, o deterioro do crecemento bacteriano e outros procesos é moito máis lento nos frigoríficos de baixa temperatura.Os refrixerantes son fluídos de traballo utilizados como disipadores de calor ou refrixerantes nos procesos de refrixeración.Os refrixerantes recollen calor evaporándose a baixa temperatura e presión e despois condensan a maior temperatura e presión, liberando calor.A habitación parece estar cada vez máis fresca mentres a calor escapa do conxelador.O proceso de arrefriamento ten lugar nun sistema formado por un compresor, condensador, tubos capilares e un evaporador.Os frigoríficos son os equipos de refrixeración utilizados neste estudo.Os frigoríficos son moi utilizados en todo o mundo, e este electrodoméstico converteuse nunha necesidade do fogar.Os frigoríficos modernos son moi eficientes no seu funcionamento, pero a investigación para mellorar o sistema aínda está en curso.A principal desvantaxe do R134a é que non se sabe que sexa tóxico pero ten un potencial de quecemento global (GWP) moi alto.R134a para frigoríficos domésticos incluíuse no Protocolo de Kioto da Convención Marco das Nacións Unidas sobre o Cambio Climático1,2.Non obstante, polo tanto, o uso de R134a debería reducirse significativamente3.Desde o punto de vista ambiental, financeiro e sanitario, é importante atopar refrixerantes de baixo quentamento global4.Varios estudos demostraron que o R152a é un refrixerante ecolóxico.Mohanraj et al.5 investigaron a posibilidade teórica de utilizar R152a e refrixerantes de hidrocarburos en frigoríficos domésticos.Descubriuse que os hidrocarburos son ineficaces como refrixerantes autónomos.O R152a é máis eficiente enerxéticamente e respectuoso co medio ambiente que os refrixerantes de eliminación gradual.Bolaji e outros.6.Comparouse o rendemento de tres refrixerantes HFC ecolóxicos nun frigorífico de compresión de vapor.Concluíron que o R152a podería usarse en sistemas de compresión de vapor e podería substituír ao R134a.R32 ten desvantaxes como alta tensión e baixo coeficiente de rendemento (COP).Bolaji et al.7 probaron R152a e R32 como substitutos do R134a nos frigoríficos domésticos.Segundo os estudos, a eficiencia media do R152a é un 4,7% superior á do R134a.Cabello et al.probado R152a e R134a en equipos de refrixeración con compresores herméticos.8. Bolaji et al9 probaron o refrixerante R152a en sistemas de refrixeración.Concluíron que o R152a era o máis eficiente enerxéticamente, cun 10,6% menos de capacidade de refrixeración por tonelada que o R134a anterior.R152a mostra unha maior capacidade de refrixeración volumétrica e eficiencia.Chavhan et al.10 analizaron as características de R134a e R152a.Nun estudo de dous refrixerantes, descubriuse que o R152a era o máis eficiente enerxéticamente.O R152a é un 3,769 % máis eficiente que o R134a e pódese usar como substituto directo.Bolaji et al.11 investigaron varios refrixerantes de baixo GWP como substitutos do R134a nos sistemas de refrixeración debido ao seu menor potencial de quentamento global.Entre os refrixerantes avaliados, o R152a ten o maior rendemento enerxético, reducindo o consumo de electricidade por tonelada de refrixeración nun 30,5% en comparación co R134a.Segundo os autores, o R161 debe ser completamente redeseñado antes de que poida ser usado como substituto.Varios traballos experimentais foron realizados por moitos investigadores domésticas de refrixeración para mellorar o rendemento dos sistemas de refrixeración de baixo GWP e R134a como un substituto próximo nos sistemas de refrixeración12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 estudaron o rendemento de varios refrixerantes respectuosos co medio ambiente e a súa combinación con R134a como alternativa potencial para varias probas de compresión de vapor.Sistema.Tiwari et al.36 utilizou experimentos e análise CFD para comparar o rendemento de tubos capilares con diferentes refrixerantes e diámetros de tubo.Use o software ANSYS CFX para a análise.Recoméndase o mellor deseño de bobina helicoidal.Punia et al.16 investigaron o efecto da lonxitude do capilar, o diámetro e o diámetro da bobina sobre o fluxo de masa do refrixerante GLP a través dunha bobina en espiral.Segundo os resultados do estudo, axustar a lonxitude do capilar no intervalo de 4,5 a 2,5 m permite aumentar o fluxo de masa nunha media dun 25%.Söylemez et al.16 realizaron unha análise CFD dun compartimento de frescura (DR) dun frigorífico doméstico utilizando tres modelos turbulentos (viscosos) diferentes para coñecer a velocidade de arrefriamento do compartimento de frescura e a distribución da temperatura no aire e no compartimento durante a carga.As previsións do modelo CFD desenvolvido ilustran claramente o fluxo de aire e os campos de temperatura dentro do FFC.
Este artigo analiza os resultados dun estudo piloto para determinar o rendemento dos frigoríficos domésticos que utilizan o refrixerante R152a, que é respectuoso co medio ambiente e non ten risco de esgotamento da capa de ozono (ODP).
Neste estudo, seleccionáronse capilares de 3,35 m, 3,65 m e 3,96 m como lugares de proba.Despois realizáronse experimentos con refrixerante R152a de baixo quecemento global e calculáronse os parámetros de funcionamento.Tamén se analizou o comportamento do refrixerante no capilar mediante o software CFD.Comparáronse os resultados do CFD cos resultados experimentais.
Como se mostra na Figura 1, pódese ver unha fotografía dun frigorífico doméstico de 185 litros utilizado para o estudo.Consta dun evaporador, un compresor alternativo hermético e un condensador arrefriado por aire.Catro manómetros están instalados na entrada do compresor, na entrada do condensador e na saída do evaporador.Para evitar vibracións durante a proba, estes medidores están montados no panel.Para ler a temperatura do termopar, todos os cables do termopar están conectados a un escáner de termopar.Instálanse dez dispositivos de medición de temperatura na entrada do evaporador, a succión do compresor, a descarga do compresor, o compartimento e entrada do frigorífico, a entrada do condensador, o compartimento do conxelador e a saída do condensador.Tamén se informa da tensión e do consumo de corrente.Un caudalímetro conectado a unha sección de tubo está fixado nunha táboa de madeira.As gravacións gárdanse cada 10 segundos mediante a unidade de Interface Human Machine (HMI).O visor utilízase para comprobar a uniformidade do fluxo de condensado.
Utilizouse un amperímetro Selec MFM384 cunha tensión de entrada de 100–500 V para cuantificar a potencia e a enerxía.Un porto de servizo do sistema está instalado na parte superior do compresor para cargar e recargar refrixerante.O primeiro paso é drenar a humidade do sistema a través do porto de servizo.Para eliminar calquera contaminación do sistema, lave con nitróxeno.O sistema cárgase mediante unha bomba de baleiro, que evacua a unidade a unha presión de -30 mmHg.A táboa 1 enumera as características do banco de proba do frigorífico doméstico e a táboa 2 recolle os valores medidos, así como o seu rango e precisión.
As características dos refrixerantes empregados nos frigoríficos e conxeladores domésticos móstranse na táboa 3.
As probas realizáronse segundo as recomendacións do ASHRAE Handbook 2010 nas seguintes condicións:
Ademais, por se acaso, realizáronse comprobacións para garantir a reproducibilidade dos resultados.Mentres as condicións de funcionamento se manteñan estables, rexístranse a temperatura, a presión, o fluxo de refrixerante e o consumo de enerxía.A temperatura, a presión, a enerxía, a potencia e o fluxo mídense para determinar o rendemento do sistema.Atopar o efecto de arrefriamento e a eficiencia para o fluxo de masa específico e a potencia a unha determinada temperatura.
Usando CFD para analizar o fluxo bifásico nunha bobina espiral do frigorífico doméstico, o efecto da lonxitude capilar pódese calcular facilmente.A análise CFD facilita o seguimento do movemento das partículas fluídas.Analizouse o refrixerante que pasa polo interior do serpentín espiral mediante o programa CFD FLUENT.A táboa 4 mostra as dimensións das bobinas capilares.
O simulador de malla do software FLUENT xerará un modelo de deseño estrutural e unha malla (as figuras 2, 3 e 4 mostran a versión de ANSYS Fluent).O volume de fluído da tubaxe úsase para crear a malla límite.Esta é a cuadrícula utilizada para este estudo.
O modelo CFD desenvolveuse mediante a plataforma ANSYS FLUENT.Só se representa o universo fluído en movemento, polo que o fluxo de cada serpentina capilar está modelado en función do diámetro do capilar.
O modelo GEOMETRÍA importouse ao programa ANSYS MESH.ANSYS escribe código onde ANSYS é unha combinación de modelos e condicións de límite engadidas.Sobre a fig.A figura 4 móstrase o modelo pipe-3 (3962,4 mm) en ANSYS FLUENT.Os elementos tetraédricos proporcionan unha maior uniformidade, como se mostra na Figura 5. Despois de crear a malla principal, o ficheiro gárdase como unha malla.O lado da bobina chámase entrada, mentres que o lado oposto mira á saída.Estas caras redondas gárdanse como as paredes do tubo.Os medios líquidos úsanse para construír modelos.
Independentemente de como se sinta o usuario sobre a presión, escolleuse a solución e escolleuse a opción 3D.Activouse a fórmula de xeración de enerxía.
Cando o fluxo se considera caótico, é altamente non lineal.Polo tanto, escolleuse o fluxo K-épsilon.
Se se selecciona unha alternativa especificada polo usuario, o ambiente será: Describe as propiedades termodinámicas do refrixerante R152a.Os atributos do formulario gárdanse como obxectos de base de datos.
As condicións meteorolóxicas permanecen sen cambios.Determinouse unha velocidade de entrada, describiuse unha presión de 12,5 bar e unha temperatura de 45 °C.
Finalmente, na décimo quinta iteración, a solución é probada e converxe na décimo quinta iteración, como se mostra na Figura 7.
É un método de mapeo e análise de resultados.Trace os bucles de datos de presión e temperatura usando Monitor.Despois diso, determínase a presión total e a temperatura e os parámetros xerais de temperatura.Estes datos mostran a caída de presión total a través das bobinas (1, 2 e 3) nas figuras 1 e 2. 7, 8 e 9 respectivamente.Estes resultados foron extraídos dun programa de fuga.
Sobre a fig.A figura 10 mostra o cambio na eficiencia para diferentes lonxitudes de evaporación e capilar.Como se pode ver, a eficiencia aumenta co aumento da temperatura de evaporación.As eficiencias máis altas e máis baixas obtivéronse ao alcanzar vanos capilares de 3,65 m e 3,96 m.Se a lonxitude do capilar aumenta nunha certa cantidade, a eficiencia diminuirá.
Na fig.11. O efecto capilar leva a unha diminución da capacidade de refrixeración.A capacidade de refrixeración mínima conséguese a un punto de ebulición de -16 °C.A maior capacidade de arrefriamento obsérvase nos capilares cunha lonxitude duns 3,65 m e unha temperatura de -12 °C.
Sobre a fig.A figura 12 mostra a dependencia da potencia do compresor da lonxitude do capilar e da temperatura de evaporación.Ademais, o gráfico mostra que a potencia diminúe co aumento da lonxitude do capilar e a diminución da temperatura de evaporación.A unha temperatura de evaporación de -16 °C, obtense unha menor potencia do compresor cunha lonxitude capilar de 3,96 m.
Utilizáronse os datos experimentais existentes para verificar os resultados do CFD.Nesta proba, os parámetros de entrada utilizados para a simulación experimental aplícanse á simulación CFD.Os resultados obtidos compáranse co valor da presión estática.Os resultados obtidos mostran que a presión estática na saída do capilar é menor que na entrada do tubo.Os resultados das probas mostran que aumentar a lonxitude do capilar ata un determinado límite reduce a caída de presión.Ademais, a reducida caída de presión estática entre a entrada e a saída do capilar aumenta a eficiencia do sistema de refrixeración.Os resultados de CFD obtidos están en boa concordancia cos resultados experimentais existentes.Os resultados das probas móstranse nas figuras 1 e 2. 13, 14, 15 e 16. Neste estudo utilizáronse tres capilares de diferentes lonxitudes.As lonxitudes dos tubos son 3,35 m, 3,65 m e 3,96 m.Observouse que a caída de presión estática entre a entrada e a saída do capilar aumentou cando a lonxitude do tubo se cambiou a 3,35 m.Teña en conta tamén que a presión de saída no capilar aumenta cun tamaño de tubo de 3,35 m.
Ademais, a caída de presión entre a entrada e a saída do capilar diminúe a medida que o tamaño da tubaxe aumenta de 3,35 a 3,65 m.Observouse que a presión na saída do capilar descendeu bruscamente na saída.Por este motivo, a eficiencia aumenta con esta lonxitude capilar.Ademais, aumentar a lonxitude da tubaxe de 3,65 a 3,96 m reduce de novo a caída de presión.Observouse que durante esta lonxitude a caída de presión cae por debaixo do nivel óptimo.Isto reduce o COP da neveira.Polo tanto, os bucles de presión estática mostran que o capilar de 3,65 m proporciona o mellor rendemento no frigorífico.Ademais, un aumento da caída de presión aumenta o consumo de enerxía.
A partir dos resultados do experimento, pódese ver que a capacidade de refrixeración do refrixerante R152a diminúe ao aumentar a lonxitude do tubo.A primeira bobina ten a capacidade de refrixeración máis alta (-12 °C) e a terceira ten a capacidade de refrixeración máis baixa (-16 °C).A máxima eficiencia conséguese a unha temperatura do evaporador de -12 °C e unha lonxitude capilar de 3,65 m.A potencia do compresor diminúe ao aumentar a lonxitude do capilar.A potencia de entrada do compresor é máxima a unha temperatura do evaporador de -12 °C e mínima a -16 °C.Compare CFD e lecturas de presión augas abaixo para a lonxitude capilar.Pódese ver que a situación é a mesma en ambos os casos.Os resultados mostran que o rendemento do sistema aumenta a medida que a lonxitude do capilar aumenta ata os 3,65 m fronte aos 3,35 m e os 3,96 m.Polo tanto, cando a lonxitude do capilar aumenta nunha certa cantidade, o rendemento do sistema aumenta.
Aínda que a aplicación de CFD ás centrais térmicas e eléctricas mellorará a nosa comprensión da dinámica e da física das operacións de análise térmica, as limitacións requiren o desenvolvemento de métodos CFD máis rápidos, sinxelos e menos custosos.Isto axudaranos a optimizar e deseñar os equipos existentes.Os avances no software CFD permitirán un deseño e optimización automatizados, e a creación de CFD a través de Internet aumentará a dispoñibilidade da tecnoloxía.Todos estes avances axudarán ao CFD a converterse nun campo maduro e nunha poderosa ferramenta de enxeñería.Así, a aplicación de CFD en enxeñaría térmica será máis ampla e rápida no futuro.
Tasi, WT Riscos ambientais e Exposición de Hidrofluorocarbonos (HFC) e Revisión do Risco de Explosión.J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. O quecemento global debido aos HFC.mércores.Avaliación de impacto.aberto 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S e Muralidharan S. Avaliación comparativa de alternativas respectuosas co medio ambiente ao refrixerante R134a en frigoríficos domésticos.eficiencia enerxética.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA e Falade, Análise comparativa do rendemento de tres refrixerantes HFC amigables con ozono en frigoríficos de compresión de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Estudo experimental de R152a e R32 como substitutos do R134a en frigoríficos domésticos.Enerxía 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sánchez D., Llopis R., Arauzo I. e Torrella E. Comparación experimental de refrixerantes R152a e R134a en unidades frigoríficas equipadas con compresores herméticos.interno J. Frigorífico.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. e Borokhinni FO Eficiencia enerxética dos refrixerantes ecolóxicos R152a e R600a como substituto do R134a nos sistemas de refrixeración por compresión de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP e Mahajan, PS Avaliación experimental da eficacia do R152a como substituto do R134a en sistemas de refrixeración por compresión de vapor.interno J. Departamento de Defensa.proxecto.tanque de almacenamento.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO e Huang, Z. Un estudo sobre a eficacia dalgúns refrixerantes de hidrofluorocarbono de baixo quecemento global como substituto do R134a nos sistemas de refrixeración.J. Ing.Físico termal.23 (2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. e Bala PK Análise enerxética de mesturas de HFC-152a, HFO-1234yf e HFC/HFO como substitutos directos do HFC-134a en frigoríficos domésticos.Strojnicky Casopis J. Mech.proxecto.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. e Chandrasekaran, P. Análise CFD da transferencia de calor convectiva natural en frigoríficos domésticos estacionarios.Sesión IOP.Serie de TV Alma mater.a ciencia.proxecto.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A. e Maiorino, A. HFO e a súa mestura binaria con HFC134a como refrixerante en frigoríficos domésticos: análise enerxética e avaliación de impacto ambiental.Aplicar temperatura.proxecto.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. e Zeng, W. Substitución e optimización de refrixerantes baixo restricións de redución de emisións de gases de efecto invernadoiro.J. Puro.produto.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. e Hartomagioglu S. Predicindo o tempo de arrefriamento dos frigoríficos domésticos cun sistema de refrixeración termoeléctrico mediante análise CFD.interno J. Frigorífico.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB e Chahuachi, B. Análise experimental e numérica de intercambiadores de calor de serpentín helicoidal para frigoríficos domésticos e calefacción de auga.interno J. Frigorífico.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. e Cabello R. Avaliación do impacto enerxético de diferentes alternativas ao refrixerante R134a de baixo GWP en refrixeradores de bebidas.Análise experimental e optimización de refrixerantes puros R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a e R744.conversión de enerxía.gobernar.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA et al.Estudo de caso de análise experimental e estatística do consumo enerxético dos frigoríficos domésticos.investigación temática.temperatura.proxecto.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. e Hartomagioglu S. Análise numérica (CFD) e experimental dun frigorífico doméstico híbrido que incorpora sistemas de refrixeración por compresión de vapor e termoeléctricos.interno J. Frigorífico.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a como refrixerante alternativo ao R-134a en frigoríficos domésticos: unha análise experimental.interno J. Frigorífico.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. e Masselli C. Mestura de HFC134a e HFO1234ze en frigoríficos domésticos.interno J. Quente.a ciencia.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. e Koshy Matthews, P. Comparación do rendemento dos sistemas de refrixeración por compresión de vapor que utilizan refrixerantes respectuosos co medio ambiente con baixo potencial de quecemento global.interna J. Ciencia.tanque de almacenamento.liberar.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. e Cauchy-Matthews, P. Análise térmica de sistemas de refrixeración por compresión de vapor utilizando R152a e as súas mesturas R429A, R430A, R431A e R435A.interna J. Ciencia.proxecto.tanque de almacenamento.3(10), 1-8 (2012).
Hora de publicación: 14-xan-2023