二甲醚制冷性能研究.pdf

上海交通大学硕士学位论文二甲醚制冷性能研究姓名：刘敬辉申请学位级别：硕士专业：制冷与低温工程指导教师：陈芝久;陈江平20050101二甲醚制冷性能研究 摘 要 二甲醚D M E 是一种清洁燃料同时具有良好的制冷性能其标准沸点为- 2 4 . 92 0 时汽化热约为 4 6 0 k J / k g临界温度为 1 2 7临界压力为5 . 3 7 M P a 用作制冷剂具有汽化潜热大标准沸点低临界温度高的特点可用于制冷空调领域 本文从二甲醚的物性方程入手详细分析了二甲醚用作制冷剂的优点和不足 对二甲醚 D M E 的理论制冷性能进行了分析 与 R 2 2R 1 3 4 a 和 R 6 0 0 a进行了比较结果表明二甲醚具有与R 2 2 相近的制冷效率和与 R 1 3 4 a相近的单位容积制冷量是一种性能良好的制冷剂本文在热力学计算的基础上绘制了二甲醚的 L g P - h 图 为了进一步研究二甲醚的制冷性能本文采用实验手段对二甲醚与油的互溶性 以及装置对二甲醚制冷性能的影响进行了研究 结果表明 二甲醚具有与常用润滑油良好互溶的特点 用作制冷剂可以使用常用的矿物油和脂类油 由于装置效率的影响 二甲醚的制冷性能要想达到与 R 2 2 相比美的程度需对装置进行优化对于 R 1 3 4 a制冷装置 直接用二甲醚贯注式替代有与 R 1 3 4 a相近的制冷量和制冷效率 为了研究二甲醚直接贯注式替代R 1 3 4 a和 R 6 0 0 a 的性能本文还在汽车空调上和 R 6 0 0 a冰箱上用二甲醚直接贯注式替代的性能进行了探索 结果表明 在汽车空调上二甲醚与 R 1 3 4 a性能和制冷量均相当 在装置不作任何调节的情况下 蒸发器出口过热度比R 1 3 4 a低为了更好的发挥二甲醚的制冷性能汽车空调的热力膨胀阀需作调节 用二甲醚的R 6 0 0 a 冰箱有着比R 6 0 0 a 更大的制冷量和更高的效率冰箱的降温速度更快其压缩机表面温度和冷凝器表面温度均与R 6 0 0 a 相当二甲醚比 R 6 0 0 a 更适合用作冰箱制冷剂 关键词制冷剂二甲醚 P O T E N T I A L O F D M E U S E D A S R E F R I G E R N T A B S T R A C T D i m e t h y l e t h e r ( D M E ) w h i c h i s d e v e l o p e d a s a k i n d o f c l e a n f u e l f o r e n g i n e s h a s g o o d t h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s . I t s s t a n d a r d b o i l i n g t e m p e r a t u r e , c r i t i c a l t e m p e r a t u r e , c r i t i c a l p r e s s u r e a r e - 2 4 . 9, 1 2 75 . 3 7 M P a r e s p e c t i v e l y . I t s v a p o r i z a t i o n h e a t i s a b o u t 4 6 0 k J / k g w h e n t h e t e m p e r a t u r e i s - 2 0 , w h i c h i s o n e t i m e h i g h e r t h a n t h a t o f R 1 3 4 a . S o D M E h a s t h e p o t e n t i a l t o b e a g o o d r e f r i g e r a n t . I n t h i s p a p e r , t h e t h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s e q u a t i o n a n d i t s t h e o r e t i c a l r e f r i g e r a t i o n p e r f o r m a n c e a r e a n a l y z e d . D M E i s c o m p a r e d w i t h R 2 2 , R 1 3 4 a , a n d R 6 0 0 a . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e t h e o r e t i c a l r e f r i g e r a t i o n e f f i c i e n c y o f D M E i s e q u i v a l e n t t o t h a t o f R 2 2 . I t s r e f r i g e r a t i o n c a p a c i t y p e r v o l u m e i s e q u i v a l e n t t o t h a t o f R 1 3 4 a . S o D M E m a y b e a g o o d r e f r i g e r a n t . T h i s p a p e r a l s o d r a w s t h e L g P - h d i a g r a m o f D M E o n t h e b a s e o f t h e r m o d y n a m i c c o m p u t a t i o n . E x p e r i m e n t s a r e d o n e t o t e s t t h e s o l u b i l i t y b e t w e e n D M E a n d m i n e r a l o i l a n d e s t e r o i l . T h e r e s u l t s s h o w t h a t D M E h a s g o o d s o l u b i l i t y w i t h m i n e r a l o i l a n d e s t e r o i l a t t h e n o r m a l r e f r i g e r a t i o n t e m p e r a t u r e . I n o r d e r t o g e t D M E ’s r e f r i g e r a t i o n p e r f o r m a n c e , a n e x p e r i m e n t a l r i g w a s e s t a b l i s h e d . T h e t e s t e d C O P o f D M E i s a b o u t 3 % 1 0 % l o w e r t h a n R 1 3 4 a , w h i l e t h e c a p a c i t y i s a b o u t 1 0 %1 5 % l o w e r t h a n R 1 3 4 a . S o D M E c a n b e u s e d a s r e t r o f i t r e f r i g e r a n t o f R 1 3 4 a . E x p e r i m e n t s w e r e a l s o d o n e t o c o m p a r e R 1 3 4 a a n d R 6 0 0 a o n b u s a i r - c o n d i t i o n i n g a n d d o m e s t i c r e f r i g e r a t o r r e s p e c t i v e l y . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a p a c i t y a n d C O P o f D M E a r e b o t h e q u i v a l e n t t o t h a t o f R 1 3 4 a i n b u s a i r - c o n d i t i o n i n g . R e f r i g e r a t i o n c a p a c i t y a n d C O P a r e h i g h e r t h a n t h a t o f R 6 0 0 a i n a n R 6 0 0 a d o m e s t i c r e f r i g e r a t o r . T h e t e m p e r a t u r e i n f r e e z i n g r o o m d r o p s f a s t e r t h a n R 6 0 0 a . T h e s u r f a c e t e m p e r a t u r e s o f c o m p r e s s o r a n d c o n d e n s e r u s i n g D M E a r e e q u i v a l e n t t o t h a t u s i n g R 6 0 0 a . D M E i s m o r e s u i t a b l e t h a n R 6 0 0 a u s e d a s r e f r i g e r a n t o f r e f r i g e r a t o r . K e y w o r d s : r e f r i g e r a n t , d i m e t h y l e t h e r ( D M E ) 上海交通大学硕士学位论文 主要符号表 iii 主要符号表 iiiCBA,,方程系数 a亥姆霍兹自由能 pc二甲醚定压比热 plc二甲醚液相定压比热 c水的比热 u内能 ih焓 0h理想状态焓 slh饱和液相焓 sgh饱和汽相焓 evapH∆汽化潜热 g吉布斯自由能 ip压力 cP临界压力 T温度 cT临界温度 is熵 ls饱和液相熵 gss饱和汽相熵 v比容 R普 适 气 体 常 数 8.3143 )(KmolJ⋅iρ密度 1W电加热功率 2W压缩机耗功 0Q制冷量 K传热系数 t测量温度 m质量流量 e误差 COP制冷系数 下表 123…状态点 序号 w水 p压力不变 T温度不变 v比容不变 r与临界值的比 k冷凝 a环境 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由。