冰箱蓄冷相变材料的制备及提高冰箱性能的研究.pdf

摘 要 摘 要 近年来，随着工业化和生活水平的提高，电力消耗正在日益增加，家用电器占电能 消耗的一大部分，其中家用冰箱由于其连续运行而成为家庭中能耗最高的家用电器。我 国是冰箱的生产和消费大国，研究冰箱的节能技术对降低能耗起很重要的作用。目前， 减小冰箱能耗的主要方法有提高压缩机效率、提高保温材料的隔热性能及改善换热器的 传热性能。但对压缩机和绝缘材料的改进是比较昂贵的，而蒸发器是冰箱中冷量的主要 来源，所以强化蒸发器的换热效果是很好的解决办法。因此本文提出将相变材料集成到 蒸发器上，让相变材料在冰箱运行时积蓄冷量，待冰箱压缩机停机之后将储存的冷量释 放出来，以延长压缩机停机时间，延缓冰箱内温度波动，改善冰箱换热器性能，为节能 冰箱的研究提供依据。本文主要工作和研究成果如下： （1）通过大量的实验进行筛选，采用步冷曲线法和差式扫描量热法初步配制出适合 冰箱冷冻室使用的相变材料 ZW-3，针对其过冷度大以及在使用中易泄露和相分离的问 题，提出添加成核剂来降低其过冷度，采用羧甲基纤维素和高吸水树脂相结合来改善相 变材料易泄露及其蓄冷能力问题，最终制备出符合条件的蓄冷材料 ZW-7，并对其热物性 进行了测试。 （2 ）将制备的蓄冷材料 ZW-7 应用到家用冰箱冷冻室中，建立了蓄冷冰箱的物理模 型和数学模型，用 ANSYS-FLUENT 对蓄冷冰箱内温度场进行研究，对相变材料的蓄冷 及释冷过程进行分析，研究其对冰箱性能的影响，并建立实验台对其进行实验验证，验 证模型的有效性。 （3 ）模拟研究了不同蓄冷板厚度和蓄冷板的不同摆放位置对冰箱压缩机开停机时间 及箱内温度分布的影响，使相变材料得到更有效的利用。研究发现添加蓄冷板可以延长 压缩机的停机时间，减慢箱内温度上升，使冰箱压缩机运行时间比率从 30.1%减小到 26.8% 。但蓄冷板厚度不宜过厚，过厚会增加生产成本，且蓄冷材料会出现部分凝固或部 分融化的现象，降低相变材料的有效性。蓄冷板合理摆放可以使箱内温度分布更均匀， 为食物储存提供了更好的温度环境。 （4 ）搭建蓄冷冰箱的实验台，对相变材料在冰箱中的应用进行实验验证，验证了模 型的有效性。此外实验研究了冰箱不同运行模式下 PCM 的加入对箱内温度波动的影响。 结果表明 PCM 的加入可以使箱内温度波动减小，延长断电后保温时间，在有无负载情况 下，压缩机运转率分别降低了 7.2%和 8.11% 。以上研究结果为蓄冷冰箱的设计提供理论 和参考依据。 关键词 节能冰箱；冷冻室；相变材料；温度场 -I- 哈尔滨商业大学硕士学位论 Abstract In recent years, with the improvement of industrialization and living standard, the electricity consumption is increasing day by day. Household a liances account for a large part of the electricity consumption. Among them, the household refrigerator has become the household a liances with the highest energy consumption due to its continuous operation. China is a big producer and consumer of refrigerators. The research on energy-saving technology of refrigerators plays an important role in reducing energy consumption. At present, t