CO2水合物浆作为空调载冷剂的流动和传热特性-沧州中载制冷工程有限公司
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CO2水合物浆作为空调载冷剂的流动和传热特性

2020-03-09 04:29:17
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《蒙特利尔议定书》对氟里昂制冷剂,包括氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)等作了严格的管制规定,因为它们存在臭氧损耗的潜能。为了避免这些制冷剂对臭氧的影响,氢氟烃(HFCs)被提出来作为CFCs和HCFCs的替代物,但是HFCs却具有高的温室效应,受到《京都议定书》的约束。随着温室气体的减排进程加快,HFCs制冷剂逐渐被淘汰是不可避免的。许多替代制冷剂,比如CO2、NH3、R290等自然工质,HFO-1234yf、HFE143m等新型环保制冷剂开始得 到重视[1-6]。然而,上述制冷剂或多或少存在缺陷,如毒性、可燃性、与润滑油的兼容性差和金属腐蚀性等。在这样的背景下,间接制冷,也称二次制冷(secondaryrefrigeration),是一种比较理想的制冷替代方法。实际上,二次制冷的研 究主要在于环保载冷剂的研 究。载冷剂作用是携带冷量并把冷量从制冷装置运输到需冷空间,这样可以减小制冷剂的使用量和泄漏量。常用的载冷剂有水、冰和共晶盐。水作为载冷剂是利用显热蓄冷,从而导致体积庞大的蓄水箱和大功率的水泵;冰浆是水和冰组成的两相载冷剂,其采取潜热蓄冷,相比水具有小的蓄冷体积,但是制冰过程中过低的蒸发温度和过大的过冷度使得制冰浆效率低、能耗大;共晶盐的相变潜热低,时间长了容易老化失效、腐蚀装置。四丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)水合物浆作为载冷剂已经受到广泛关注,被认为是替代水的理想介质选择,但是TBAB和THF具有一 定的毒性和腐蚀性,且价格没有好处。显然,寻找一种理想的载冷剂成为关键,而新型环保的CO2水合物浆就是一种选择。CO2水合物的相变潜热为500kJ/kg,比冰的潜热(333kJ/kg)大,并且生成温度可以在0~10℃变化,生成压力在添加剂的作用下可降低70%~90%,低于1MPa,非常适合用在蓄冷或空调领域。因此在生产和运输环节,CO2水合物浆比冰浆高 效和节能。为了浆体所携带的冷量满足要求,CO2水合物浆中的固体含量必 须适量。固体含量过少,冷量不够;固体含量多了,流动性降低,泵耗功大,严重时会堵塞管路。严格来说,CO2水合物浆在管路中流动时包含水、CO2水合物固体和微小CO2气泡,是一种多相混合物。CO2水合物浆能实际应用的前提是具有良好的换热和流动性能,因此对其流动特性和传热特性进行研 究和优化至关重要。
  CO2水合物浆作为一种新型的载冷剂,有着相变潜热大、制备简单、流动和传热性能良好等特点,用在载冷循环中,相比于其他载冷浆体加经济。但是,CO2水合物浆的流动和传热等基础性研 究还欠缺。为了使CO2水合物浆技术真 正实用化,今后的主要工作有以下几方面。
  (1)研 究、连续、循环制备CO2水合物浆的技术,进一步提高制备效率。(2)在实验和理论的基础上对浆体流动和传热过程进行数值模拟,优化流动和传热特性。
  (3)换热器中分离气态CO2,增强换热效果,并且使分离的CO2气体重成水合物进行循环。
  (4)防止水合物颗粒集聚现象,CO2水合物浆的流动时间长了,水合物晶体容易附聚结块,不利于浆体的流动和传热。