R410A性能分析.docx

R410A 性能分析R22 作为应用最为广泛的 HCFCs 类制冷剂，其替代研究已成为迫切需要解决的问题目前国际上一致看好的 R22 替代物是 R407C、R410A其中 R410A 为近共沸混合物，温度滑移微小，是 R22 的理想替代物在美国和日本，R410A 已成为房间空调和组合空调系统中 R22 的主要替代物我国制冷行业也面临着 R22 工质替代物的现状问题，因此有必要对 R22 的替代工质及替代过程中的很多技术问题进行一些研究根据美国标准 ANS1／ASHRAE34-1989，对制冷剂的安全性主要考虑其毒性和可燃性R410A 是由R32、R125(50％ ：50％wt)组成的二元近共沸混合工质，无毒不可燃，属安全性制冷剂制冷剂的环保性能主要由两个重要的环境指标来体现，即臭氧衰减指数 ODP 和温室效应指数 GWP，R410A 的 ODP =0，GWP =0．29，均优于 R22(ODP 为 0．04～0．06，GWP 为 0．32～0．37)，即 R410A 的安全环保性能优于 R22热力性能是制冷剂筛选的主要依据，替代工质的热力性能不能与原制冷剂有太大的差异，R410A 热力性能与 R22 最为接近。

我们给出的在压缩机转速为 3500r／rain，制冷量为 4.2kW 的测试条件下，可以看出，R410A 的容积制冷量、能效比以及质量流量都与 R22 非常接近，但蒸发、冷凝压力比 R22 高R410A 属于近共沸混合物，相变过程中气液相浓度变化微小，温度滑移小于 0．1℃，运行较稳定制冷剂在管内的流动沸腾换热是蒸发器中典型的换热过程，根据蒸发器的结果，对 R410A 管内流动沸腾换热及压降已进行了一些研究1.水平光滑管其是组成蒸发器的常用管型，制冷剂在水平管内的蒸发过程是研究制冷剂流动沸腾换热性能、进行蒸发器设计的基础，所以对于这一换热情况已进行了较多的研究在空调实际的蒸发和冷凝环境下，对 R410A、R407C 和 R22 在外径为 7．0mm 的水平光滑铜管内的局部表面传热系数和压降进行了试验研究研究结果表明，在干度为 0．4 时 R410A 的蒸发表面传热系数比 R22 高 20％ ，但在干度为 0．6 时，两种制冷剂表面传热系数相近R410A 蒸发表面传热系数在高干度区( ≥0．4)符合得很好蒸发和冷凝时的压降 R410A 比 R22 低 30％同时还推导出了 R410A 在蒸发和冷凝时的两相摩擦因子的经验公式。

在蒸发温度分别为一 15．5℃和 5℃，质量流量为 70～2llk (m2·s)，热流量为 5～15kW／m2 的实验条件下，对R410A 在外径为 9．52mm 和 7mm 的光滑管和微翅管中的蒸发换热特性进行了试验研究并且分析了质量流量、影响试验结果表明，在所有实验中蒸发表面传热系数随质量流量和热流量的增加而增加在低热流量(5kw／m2)时，R410A 在外径为 7mm 的光滑管与微翅管中的蒸发表面传热系数随蒸发温度的降低而升高，高热流量(15kW／m2)时则随蒸发温度的升高而升高而在外径为 9．52mm 的光滑管与微翅管中，蒸发温度对表面传热系数的影响可以忽略不计研究了蒸发温度为 4．4cC、外径为 9．52mm 的光管内 R22 和 R410A的蒸发表面传热系数，得出 R410A 的蒸发表面传热系数比 R22 高 23％ ～63％ ，其压降比 R22 低 20％ ～38％的结论2.强化管为了加强制冷空调系统中换热器的换热效果，大多数换热器都采用了强化管，对于混合制冷剂R410A 在强化管中的传热性能已有学者进行了研究对换热表面的强化目前研究较多的是螺纹管，对R410A 在内螺纹强化管中的沸腾换热特性进行了研究。

采用了外径为 8．01mm、内径约为 7．30mm 的传统内螺纹管和外径为 8．00mm、内径约为 7．24mm 的人字形螺纹管测量了管内 R22 与 R410A 的蒸发表面传热系数及压降 l6，试验结果表明，在增强蒸发和冷凝换热中，人字形螺纹管比传统的螺纹管更有效试验中还包括了微翅管，研究结果表明：R410A 在 9．52mm 和 7mm 微翅管中的平均蒸发表面传热系数明显优于光滑管光滑管和微翅管的压降都随蒸发温度和质量流量的升高而增大研究中还分析了质量流量、热流量、蒸发温度和管径对蒸发表面传热系数的影响，并将 R410A 在微翅管中的强化换热因子作为质量流量、热流量、蒸发温度和管径的函数表现出来3.制冷剂在蒸发器中的沸腾换热除管内流动沸腾外，根据蒸发器的结构形式，还有制冷剂在管外沸腾换热的情况，基于满液式蒸发器中制冷剂的换热情况，对 R410A 等制冷剂在光管和 W．TX、W．B 两种不同参数的强化管外沸腾换热的情况进行了研究研究了多种工质包括 R410A 在饱和温度为 0℃和 20℃管外核态沸腾换热性能 ，得出：对于 w． Ⅸ 管，在给定的饱和温度下，R410A 的表面传热系数最大；对于 w．B管，R22 和 R410A 的表面传热系数相当。

凝结换热过程也是制冷空调系统中重要的换热过程，与沸腾换热相比，对混合制冷剂 R410A 的凝结换热及压降研究相对较少1)水平光滑管，在对 R410A 水平光管流动实验研究中，同样得到冷凝时的表面传热系数和压降数据实验结论表明，冷凝时 R410A 在所有干度范围内的表面传热系数均比 R22 略低；在蒸发和冷凝时的压降，R410A 比 R22 低 30％还提出经验公式符合 X ≥0．4 的实验数据 l8 在饱和蒸汽温度为 39℃ 、壁面过冷度为 3～8℃ 的工况下 l9 ，对 R22、R407C 和 R410A 在水平管的实验中得出：近共沸混合物 R410A 的冷凝表面传热系数在水平光滑管中比 R22 高 11．0％ ～17．4％ ；R410A 的冷凝表面传热系数比前面推算出的结果高 11．4％ ～17．7％ ；在饱和温度为 3O～5O℃ 、质量流量为 100～750kg／(m2·s)、蒸汽干度为 0．15～0．85 的条件下_1 ，对几种纯 I-IFC 制冷剂(R134a，R125，R236ea，R32)和 R410A 在水平光滑管中的凝结换热和压降特性进行了实验研究；分析了蒸汽干度、质量流量、饱和温度和饱和温度与管壁之间的温差对表面传热系数的影响。

并且得出：在环状流动和层状流动中可以很好地推算冷凝表面传热系数 ；(2)强化管中也涉及到了 R410A 在水平内螺纹管内的凝结换热，分别测量了普通螺纹管和人字形螺纹管R410A 和 R22 的局部凝结表面传热系数和压降，得出人字形螺纹管的局部表面传热系数在凝冷时大约是普通螺纹管的两倍，并提出了冷凝和蒸发时压降的经验公式最近的实验研究中 ，采用了 5 种外径约为8．00mm 的不同种类内螺纹管，形状包括普通螺纹管和人字形螺纹管；测量了 R410A 和 R22 在不同管内的凝结表面传热系数；并根据公式得到了推算 R410A 和 R22 在普通螺纹管和人字形螺纹管中表面传热系数的经验公式 实验中也采用了强化管：低肋管和 C 管在与水平管同样的实验条件下测量得出了冷凝表面传热系数R410A 的冷凝表面传热系数在低肋管中比 R22 高 3．2％ ～6．7％ ，而 C 管中比 R22 低4．2％ ～5．2％对于 R22 和 R410A，turbo．C 管的换热增强效果强于低肋管采用了内径(翅根处)为6．49～8．88mm、翅高为 0．16～0．24mm、翅间距为 0．34～0．53mm、螺旋角为 12º～20º 的 6 种微翅管 ，分别对 R11、R123、R134a、R22 和 R410A 的冷凝换热进行了实验研究。

得到的制冷剂在水平微翅管内冷凝表面传热系数与已有的 5 种经验公式和一个理论模型推测出的结果进行比较，并得出了各自的误差为了得出当圆管变为扁管时流场特性的变化，还对压扁的 9mm 水平光滑管和微翅管进行 R410A 的冷凝实验 不仅验证了扁管处的制冷剂质量流量显著减少和压降随水力直径变化，观察到了扁管处的冷凝传热的强化，还得出了微翅管压降影响可以由当量粗糙度模拟出的结论4 R410A 在节流元件中的性能研究 R410A 是房间空调和组合空调系统中 R22 的主要替代物在小型制冷系统和空调系统中，毛细管简单经济，是最常用的节流元件毛细管管内流动复杂，其压降对整个系统的性能有着举足轻重的影响以往的大量研究都是关注于 R12 和 R22 在毛细管中的性能，对 R410A 的研究较少对 R22、R407C 和 R410A 在几种空调毛细管中的性能进行了试验研究试验中冷凝温度选择了 40℃ 、45℃ 和 50℃，过冷度为 1．5℃ 、5℃ 和 10℃在相同的试验条件下，将 R407C 和 R410A 质量流量与R22 进行了比较直毛细管的试验结果与盘旋毛细管也进行了比较在考察了几种不同长度内径的绝热毛细管中，R410A 的平均质量流量比 R22 大 23％。

盘旋型毛细管与直线型毛细管相比，质量流量大为减少(特别是在盘旋型毛细管直径减小处)同时还在绝热毛细管试验数据的基础上，根据理论得出了毛细管的质量流量无纲量公式对 R407C 和 R410A 在家用空调器的毛细管中的压降进行了研究试验中冷凝温度为40℃ 、45℃、50℃ 、55℃；过冷度为 0℃、2．5℃、5℃；毛细管径为 1．2～2．4mm；质量流量为5～50 s试验结果确定了在使用 R410A 的家用空调系统设计计算中较好的 Stoecker 模型和 Mcadams 经验公式目前，替代工质毛细管内性能的研究方法都是先采用一种毛细管内流动的模型，通过模型推导出经验公式，然后通过实验结果来验证毛细管模型及其经验公式的有效性，但对毛细管内的复杂流动还不能很好地作出解释随着 R410A 替代 R22 在家用空调和小型制冷系统内的广泛应用，这方面的研究应当加强R410A 用压缩机的性能研究压缩机是制冷空调系统的关键部件，当系统采用新工质时，首先应考虑压缩机的适用性：(1)压缩机的压缩性能是否和新工质的压力特性相适应；(2)压缩机采用的润滑油是否与新工质具有很好的互溶性国内已有许多厂家对 R410A 压缩机与原 R22 压缩机的兼容性进行了研究。

1)新工质与压缩机的适应性珠海凌达压缩机有限公司对 R410A 在家用空调系统中的运用进行了实验设计，得出 R410A 的压力约为 R22 的 1．5 倍，容积制冷量约为 R22 的 1．4 倍，适用 R410A 的压缩机必须重新设计(由于 R410A 蒸发压力和冷凝压力较大，以及单位制冷量增大)需要提高压缩机壳体的耐压能力并且对电机与泵体重新匹配设计；压缩机滚子、滑片、曲轴材质的改变及表面处理也需重新设计，以保证 R410A 压缩机可靠运行另外，由于排气压力的增大，压缩机排气阀片也要重新设计很多公司还专门对 R410A 滚动转子压缩机变频性能进行了分析，得出 R410A 滚动转子变频压缩机的合理变频范围为 25～75Hz，与 R22 压缩机相比，R410A 变频压缩机需重新设计，以便获得宽频率范围的高性能2)压缩机润滑油与新工质的互溶性 R22 替代工质润滑油基本要求：(1)优良的润滑性；(2)不含水和良好的电气绝缘性能；(3)与制冷剂相溶性良好；(4)对有机材料有较高的稳定性；(5)良好的低温流动性；(6)低温，无蜡状物、素状物析出；(7)良好的抗泡性以上特性取决于冷冻机油要有合适的粘度、较低的浊点和凝固点、较高的闪点和燃点、较好的抗氧化性等。

但合成的酯类油(POE)对水分含量要求高，特别是含添加剂的 POE 油更容易吸水，易发生水解，造成毛细管或膨胀阀堵塞、压缩机绝缘不良等故障因此在生产管理中要严格控制水分含量、空气混入和杂质混入珠海凌达压缩机有限公司对 R22 的替代物R410A 冷冻机油的相溶性进行了研究 I24j提出压缩机的冷冻机油如果采用 。