第42卷第7期西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)Vol, 42 No72008年7月JOURNAL OF XI' AN JIAOTONG UNIVERSITYJul. 2008應(yīng)用納米添加劑的冰箱性能實(shí)驗(yàn)研究傅烈虎'，王瑞樣'，2，叢偉'，李青冬'，吳業(yè)正'(1.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，710049, 西安; 2.北京建筑工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院，10044,北京)摘要:對(duì)HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加劑體系應(yīng)用于冰箱的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和分析.首先,測(cè)定了應(yīng)用HFC134a/HC600a/礦物油體系的冰箱在不同的充灌量條件下壓縮機(jī)的吸、排氣溫度,蒸發(fā)溫度,壓縮機(jī)機(jī)殼溫度,冷卻速度,耗電量等指標(biāo).然后,在體系中添加了FesO納米添.加劑后進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:冰箱的冷卻速度和耗電量均有一個(gè)最佳值;最大冷卻速度和最小耗電量分別對(duì)應(yīng)的制冷劑最佳充灌量不是同一個(gè)值;在相同條件下,添加納米粒子后,壓縮機(jī).機(jī)殼的溫度約下降2.2 C,吸氣溫度變化不大,排氣溫度約降低3.5 C,蒸發(fā)器平均溫度約降低0.3 C,冷卻時(shí)間約縮短148 s,同時(shí)耗電量略有減小,說明納米粒子在強(qiáng)化傳熱和改善潤滑性能等方面發(fā)揮了作用.關(guān)鍵詞:納米添加劑;冰箱;冷卻速度;耗電量中圖分類號(hào): TB651文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 0253-987X(2008)07-0852-03Experiment Study on Performance of Refrigerator UsingNano-Particle AdditiveFU Liehu' , WANG Ruixiang'2, CONG Wei', LI Qingdong'，WU Yezheng'(1. School of Power and Energy Engineeing, Xi' an Jiaotong University, Xi an 710049, China;2. School of Environment and Energy Engineering, Bejing Institute of CivilEngincering and Architecture, Beijing 100444 China)Abstract: An experimental study was conducted on the performances of a refrigerator using themixture of HFC134a/HC600a, mineral oil and nano particles of FesO. The cooling speed and thepower consumption of the refrigerator, the temperatures at the different selected points in the re-frigerator were measured under the different charging amount, with and without adding nano-par-ticles in the system. The experimental results show that there was an optimal cooling speed andan optimal power consumption of the refrigerator but their corresponding charging amounts weredifferent. With nano particles under the same conditions, the refrigerator performance rose. Thetemperature of the compressor shell decreased by 2.2 C while the suction temperature changedslightly. Moreover, the discharge temperature decreased by 3.5 C and the average evaporatortemperature decreased by 0.3 C. The cooling time decreased by 148 seconds and the power con-sumption decreased slightly. It seems that the nanoparticles may be effective to enhance the heattransfer of the refrigerant and improving the property of the mineral oil.Keywords: nano-additive (Fe3O)); refrigerator; cooling speed; power consumption利用納米粒子添加劑改善物質(zhì)性質(zhì)或利用納米內(nèi)外的研究熱點(diǎn).有關(guān)研究人員[1已經(jīng)開展了納米材料的特殊性質(zhì),從而達(dá)到優(yōu)良的品質(zhì)是近年來國粒子切步研究.研究表中國煤化工’收稿日期: 2007-09-13.作者簡(jiǎn)介: 傅烈虎(1982 - ),男 ,碩士生;.IYHCNMH G導(dǎo)師，基金項(xiàng)目:北京市高等學(xué)校人才強(qiáng)教計(jì)劃資助項(xiàng)目(PHR(IHLB) ;北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2042008).第7期傅烈虎,等:應(yīng)用納米添加劑的冰箱性能實(shí)驗(yàn)研究853明:特定介質(zhì)的納米粒子能夠有效地改善HFC制量充人混合 工質(zhì),重復(fù)步驟(3).冷劑與礦物基冷凍油的相溶性,制冷系統(tǒng)的效率得2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析.到了一定提高,壓縮機(jī)回油率性能良好.利用納米粒子添加劑改善制冷劑和冷凍油的熱力學(xué)性質(zhì)、傳熱2.1制冷 劑/礦物油體系特性流動(dòng)特性,從而達(dá)到優(yōu)化參數(shù)、強(qiáng)化傳熱、改善2.1.1冰箱的冷 卻速度本實(shí)驗(yàn) 在環(huán)境溫度為(28油溶性、提高壓縮機(jī)耐磨性、減少噪聲等效果,將是士1) C之間進(jìn)行測(cè)量.將實(shí)驗(yàn)冰箱在環(huán)境中至少放提高制冷空調(diào)、熱泵設(shè)備的效率和可靠性的重要?jiǎng)?chuàng)置6h,使冰箱內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度達(dá)到平衡(溫差新手段之一.≤1 C).關(guān)閉冰箱門,使冰箱連續(xù)運(yùn)行3 h,測(cè)定在不同的充灌量me下冷凍室平均溫度降到一18 C時(shí)1實(shí)驗(yàn)步驟所需要的時(shí)間.作者進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)主要的溫度測(cè)點(diǎn)分別分布在壓縮機(jī)進(jìn)、出口,壓性較好,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.縮機(jī)外殼,蒸發(fā)器盤管,冰箱冷凍室(位于冰箱中間腔體中心軸上,距下端6 cm處)等處.2.7步驟1:將標(biāo)定好的熱電偶分別布置于冷凍室溫度測(cè)點(diǎn)，蒸發(fā)器沿途及壓縮機(jī)進(jìn)、出口和外殼各號(hào)2.6.s步驟2:安裝數(shù)據(jù)采集軟件Agilent Bench Link2.60 6570580 85 9Data Logger Software for the Agilent 34970A,并用RS-232電纜線將Agilent 34970A測(cè)量?jī)x器與計(jì)圖1降溫時(shí)間隨充灌量變化的曲線算機(jī)相連.檢查測(cè)量?jī)x器內(nèi)部設(shè)置,并調(diào)節(jié)設(shè)置使其和軟件相-致.從圖1可以看出,隨著混合工質(zhì)充灌量的改變,步驟3:在冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)之后,用質(zhì)量差法將冰箱的冷卻速度也不斷變化.事實(shí)上,當(dāng)制冷劑充灌已按1 : 4的質(zhì)量比配制好的HC600a與HFC134a量過小時(shí),進(jìn)人蒸發(fā)器的液體制冷劑不足,在蒸發(fā)器混合I質(zhì)[司慢慢注人冰箱系統(tǒng),充人的混合工質(zhì)質(zhì)中很快變成氣態(tài)， 導(dǎo)致蒸發(fā)器管道有相當(dāng)長的- -段量為60 g.充灌完畢后,使壓縮機(jī)停機(jī)6 h以上,根處于氣態(tài)單相換熱,換熱能力不足,從而導(dǎo)致冷卻速據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求,使冰箱內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度達(dá)到度偏慢.當(dāng)制冷劑充灌量過大時(shí),進(jìn)人冷凝器的液態(tài)平衡0(溫差≤1 C),即各測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定,恢復(fù)到室溫，制冷劑過多,冷凝壓力和蒸發(fā)壓力升高,從而使蒸發(fā)然后開啟冰箱進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.在冰箱運(yùn)行3h后,記溫度提高，傳熱溫差減少，也造成冷卻速度偏慢.在錄此時(shí)待測(cè)點(diǎn)的溫度值及耗電量和冷卻時(shí)間(冰箱適當(dāng)?shù)某涔嗔肯?85g),冷卻速度有一一個(gè)最佳值.冷凍室內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度從室溫降至一18 C所需時(shí)間).2.1.2冰箱耗電量本實(shí)驗(yàn)耗電 量是冰箱在相同步驟4:在相同的環(huán)境條件下(室溫波動(dòng)小于2環(huán)境條件下運(yùn)行3 h后所測(cè)出的結(jié)果.從圖2可以C),改變充人混合工質(zhì)的質(zhì)量,分別測(cè)出混合制冷看 出:隨著充灌量的變化，冰箱所消耗的電量先減小劑的總質(zhì)量為70、75、80、85.90 g的條件下,所測(cè)各后增大.如果僅考慮冰箱的節(jié)能效果，最佳充灌量點(diǎn)溫度值及耗電量和冷卻時(shí)間.在改變充灌量時(shí),冰應(yīng)為80g.從圖1.圖2還可以看出，隨著混合工質(zhì)箱本身的設(shè)備、部件(如毛細(xì)管等)均不做變動(dòng).根據(jù)充灌量的改變,冰箱的耗電量雖然也有一個(gè)最佳耗電量，確定冰箱應(yīng)用此混合工質(zhì)時(shí)的最佳充灌量.值,但該最佳值對(duì)應(yīng)的充灌量與最佳冷卻速度所對(duì)步驟5:實(shí)驗(yàn)采用的納米粒子為FesO..使用“兩0.30r步法”,將制備好的納米粒子直接與礦物油混合,使0.29納米添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.7%,然后利用超聲振動(dòng)使其混合均勻，達(dá)到穩(wěn)定.中國煤化工步驟6:將壓縮機(jī)從冰箱取出后豎直放置,讓原85 90YHCNMHG冰箱系統(tǒng)中的礦物油自然滴人容器中,待壓縮機(jī)內(nèi)的礦物油完全滴盡后再將壓縮機(jī)放回冰箱內(nèi),然后圖2耗電量隨充灌 量變化的曲線加入同體積的納米添加劑礦物油,并按最佳充灌質(zhì)854西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)第42卷應(yīng)的充灌量并不- -致.出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是由于冰從壓縮機(jī)存油量來看,系統(tǒng)回油狀況良好.納米箱的這兩項(xiàng)性能指標(biāo)所反映的內(nèi)在參數(shù)不同.冰箱介質(zhì)運(yùn)用在冰箱制冷系統(tǒng)中,在一-定 程度上起到了的冷卻速度主要反映的是制冷能力，而耗電量則更強(qiáng)化傳熱、提高潤滑性能及改善制冷劑與礦物油相多地與冰箱制冷系統(tǒng)的能效比有關(guān)，因此它們各自溶性的作用，是提高冰箱能效的一種潛力手段. 納米的最佳值所對(duì)應(yīng)的最佳充灌量是不同的.粒子的質(zhì)量配比和納米粒子種類是影響潛力的重要2.2制冷 劑/礦物油/納米添加劑體系因素,分散劑的使用能夠極大地提高納米粒子的質(zhì)由表1中的數(shù)據(jù)可以看出:量配比和分散穩(wěn)定性，進(jìn)而也會(huì)極大地增強(qiáng)納米粒(1)應(yīng)用HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加子發(fā)揮的作用,而這些有待進(jìn)-步的研究和探索劑體系的冰箱能夠正常安全的運(yùn)行,某些參數(shù)略優(yōu)越于HFC134a/HC600a/礦物油體系;參考文獻(xiàn):(2)應(yīng)用HFC134a/HC600a/礦物油/納米添加[1] WANG Ruixiang, HAO Bo,XIE Guozhen,etal. A re劑體系的冰箱冷凍速度較快,蒸發(fā)器平均溫度降低，frigerating system using HFC134a and mineral lubri-壓縮機(jī)出口溫度有所下降,進(jìn)口溫度變化不大，且耗cant appended with NTiO2(R) as working fluids[C]//Proceedings of the 4th Intermational Symposium on電量較少,納米粒子的加人能夠在一定程度上強(qiáng)化HAVC. Bejing, China: Tsinghua Universty Press,傳熱,提高換熱效果,另外由于納米介質(zhì)的引人使原2003:888 892.工質(zhì)/礦物油體系的飽和蒸氣壓曲線變得平坦,使壓[2] WANG Ruixiang, ZOU Debao, ZHANG Qinglin. An縮機(jī)壓力比變小,故而省功;investigation on refrigerating system using HFC134a(3)應(yīng)用HFC134a/ HC600a/礦物油/納米添加and mineral lubricant mixed with nano particles TiO2劑體系的冰箱壓縮機(jī)外殼溫度較低,說明納米粒子(a) as working fluids[C]// Proceedings of the 4th In~能夠改善摩擦潤滑性能.ternational Conference on Compressor and Refrigera-表1混合工質(zhì)在最佳充灌量下應(yīng)用納米添tion. Xi' an, China: Xi an Jiaotong University Press,加劑時(shí)的性能對(duì)比2003:313-319.制冷劑/礦物油制冷劑/礦物[3] Z0U Debao, WANG Ruixiang, ZHANG Qinglin. In-vestigation on the action of nanoparticles on the solu-油/納米添加劑bility and miscibility of mineral lubricant oil and HFC冷卻時(shí)間/s2 4602312refrigerant [C]// Proceedings of the 4th Intemational壓縮機(jī)機(jī)殼67.965. 7Conference on Compressor and Refrigeration. Xi an,溫度(壁面)/CChina: Xi an Jiaotong University Press,2003:461-469.壓縮機(jī)吸氣溫28.128. 2[4]徐明仿 ,杜維明,晏剛.混合制冷劑R134a/R600a應(yīng)用度(壁面)/C于冰箱的研究[]制冷與空調(diào), 2005 ,5(2):75-78.蒸發(fā)器平均-37.4-37.7XU Mingfang, DU Weiming, YAN Gang. Study of溫度/C壓縮機(jī)排氣the application of R134a/R600a mixture in refrigerator72.669. 1[J]. Refrigeration and Air Conditioning, 2005, 5(2):75-78.耗電量/kW.h0. 2600. 255[5]陳艷陽,任挪穎， 晏剛.新型制冷劑研究及應(yīng)用冰箱壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)[J].家電科技, 2005 (12): 45-47.3結(jié)論CHEN Yanyang, REN Nuoyin, YAN Gang. Research& application of new refrigerant and compressor de-經(jīng)過長達(dá)72h的運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，結(jié)果表明:隨著混sign[J]. Science and Technology of Household Elec-合工質(zhì)充灌量的改變,冰箱的冷卻速度和耗電量均tric Apliance, 2005 (12): 45-47.是先減小后增大,都存在-個(gè)最佳值,但最佳值各自[6]閻俊青,王云飛,陳蒲，等. GB/T8059. 1-3家用電器對(duì)應(yīng)的混合工質(zhì)充灌量的值不同;在相同條件下,添中國煤化工}版社,1995.加納米粒子后壓縮機(jī)殼溫度下降,冷卻速度加快,但MYHCNMHG耗電量反而減少.(編輯王煥雪)