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系统参数与R407c非完全相变的关系 摘要：为了揭示制冷、热泵系统中R407c在冷凝器和蒸发器中非完全相变与系统参数的关系，首先引出了换热流体最大流量的概念，然后利用热力学循环分析的方法对非完全相变现象进行了研究，最终给出了影响R407c非完全相变的几种主要系统参数，如工质与换热流体之间的温差以及压缩机的排气量等，并给出了这些参数与换热流体最大流量之间的定性关系。关键词：R407c非完全相变换热流体最大流量系统参数1引言R407c是作为R22的灌注式替代物而被研究开发的[1]，也是目前在制冷、热泵系统中应用比较广泛的一种非共沸混合工质。它的组元配比为R32/R134a/R125（0.23/0.52/0.25）。该工质在0.1-2.4MPa的饱和蒸汽压力下，有平均5.5℃的温度滑移，利用它的这一特点，有可能减小工质在蒸发器和冷凝器中与换热介质之间的换热温差，从而降低系统的可用能损失。目前，国内、外的多名学者针对R407c开展了大量的研究工作。文献[2]的试验表明：在相同负荷条件下，R407C的COP值为R22的0.96~1.00，若系统采用逆流式换热器，制冷量可提高2~5%，COP值提高5~6%。但由于R407C是一种非共沸混合制冷工质，其传热性能比R22差。文献[3]的研究结果表明，R407C水冷冷凝器的总传热系数比R22降低了43~70%，所以如何提高R407c在冷凝器和蒸发器中的换热系数[4]成为了研究重点。此外，针对R407c的热力性质简化计算和工质泄露还开展了一定的研究。但是，对于该工质在两器内由于换热介质流量的不合理而出现的非完全相变现象[5]研究的很少，本文正是就导致工质非完全相变的主要诱因-换热介质的极限流量进行了一定的理论分析，给出了该极限流量和几个系统参数之间的关系，为R407c在实际系统中如何避免非完全相变现象的发生提出了建议。2R407c在两器内的非完全相变以R407c在系统冷凝器中发生非完全相变为例进行分析。非共沸混合工质R407c在冷凝器中发生相变换热时，由于冷凝介质流量的超常变化，有可能会造成混合工质在冷凝器中的不完全冷凝，即系统的冷凝温度虽然有所降低，但由于制热量的大幅度减少，系统的制热系数仍会降低，这一现象在文献[5]中已有报道。针对这一反常现象，本文在图1中进行了理论分析：当水流量没有超过某一阈值时，非共沸混合工质和水在冷凝器中的冷凝换热比较正常，工质在冷凝过程中的温度从冷凝器进口处的Tfin降到出口处的Tfout，同时水由进口处的Twin被加热到出口处的Twout，在全过程中换热温差基本不变；当冷凝器进口水温不变，而水流量超过某一阈值时，水由进口处的Twin被加热到出口处的Tw’out，由于Tw’out相比Twout有了明显的下降，导致工质的进口温度由Tfin降低到Tf’in，在此工况下，工质要被完全冷凝下来，应该从Tf’in变化到Tf’’out，然而在此温度滑移过程中，于Tfmid处和水的温度近乎相等了，由于传热温差的急剧变小，导致在此工况下，工质的冷凝温度曲线成为了Tf’in－Tfmid－Tf’out，最终造成工质不能被完全冷凝，即冷凝器的一部分换热面积被浪费了。由于以上原因，尽管冷凝温度有所下降，但实际制热量的大幅度减少造成了系统COP的明显下降。由于纯工质冷凝时不存在温度滑移，所以此现象在应用纯工质的系统中是不会发生的。 图1R407c在冷凝器中的换热分析图2R407c在蒸发器中的换热分析和以上分析类似，R407c在蒸发器中的非完全相变机理如图2所示。由于非完全相变的发生，尽管蒸发温度有所上升，但由于制冷量大幅度减少，从而使得系统的制冷系数不升反降。综上所述，非完全相变现象在实际系统中有可能出现，它将导致系统循环恶化，应该尽力避免。对这一现象的研究，应该从两器内与R407c进行换热的介质某一流量阈值（以下称为极限流量）入手，只有掌握了极限流量和系统参数之间的关系，才能够根据不同的系统得出相应的极限流量，从而避免非完全相变现象的出现。3极限流量的定义换热介质极限流量理论上是判断两器内工质是否进入非完全相变工况的评价指标。当介质流量大于极限流量时，两器内的工质将处于非完全相变状态；反之，则说明工质能够在两器内完成相变，但并不代表任意一个在小于极限流量的状态下运行的工况都是最佳工况。事实上，对于某一冷凝压力和蒸发压力，最佳工况对应的最佳介质流量只有一个[6]。有关最佳流量的问题，不作为本文的研究重点。极限流量的定义式如下：(1)其中，：换热介质极限流量，kg/s；：制冷剂流量，kg/s；Cp：换热介质定压比热，kJ/kg℃；hdew：制冷剂某饱和蒸汽压下的露点焓值，kJ/kg；hbubble：制冷剂某饱和蒸汽压下的泡点焓值，kJ/kg；tdew：制冷剂某饱和蒸汽压下的露点温度，℃；tbub