淺析關(guān)于隔膜壓力表?yè)Q向除霜特性的實(shí)驗研究

摘 要 本文對隔膜壓力表?yè)Q向除霜特性進(jìn)行了實(shí)驗研究，分析了進(jìn)風(fēng)溫度、相對濕度對除霜時(shí)的壓縮機吸氣壓力、隔膜壓力表管壁溫度、除霜時(shí)間、除霜時(shí)壓縮機耗功及吸熱量的影響。實(shí)驗結果表明：除霜時(shí)隔膜壓力表管壁溫度隨時(shí)間的變化分為急速增加段和緩慢增加段兩個(gè)階段；壓縮機的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過(guò)程，隨后壓縮機吸氣壓力慢慢增加，#后達到穩定。同時(shí)，壓縮機吸氣壓力和隔膜壓力表管壁溫度隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和相對濕度的增大而增大，除霜時(shí)間隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對濕度的增加而減少。除霜時(shí)壓縮機耗功隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度的變化基本呈線(xiàn)性關(guān)系，而且隨著(zhù)溫度的增加而減少；壓縮機耗功也隨著(zhù)相對濕度的增大而減少，但隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)空氣溫度的升高，隨著(zhù)相對濕度的增大壓縮機耗功減小幅度呈下降趨勢。除霜吸熱量隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)相對濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加反而減少，而且進(jìn)風(fēng)空氣溫度越低，空氣相對濕度對除霜吸熱量的影響越大。

結霜是普遍發(fā)生在制冷、低溫技術(shù)等工程領(lǐng)域的自然現象，對相應的系統和裝置的工作性能及可靠性產(chǎn)生直接和顯著(zhù)的影響。當霜層增加到一定厚度時(shí)，制冷系統的性能系數下降非常迅速。此時(shí)，必須對制冷系統進(jìn)行除霜操作。國內外學(xué)者對制冷系統、換熱器除霜性能進(jìn)行了大量的研究，胡斌 [1]等人深入研究了空氣源熱泵機組在不同使用環(huán)境條件下的結霜和除霜過(guò)程，開(kāi)發(fā)了防積冰除霜方法、大流量除霜方法、防積雪控制等關(guān)鍵除霜技術(shù)和智能除霜控制邏輯。袁麗芬等 [2] 對一臺醫用冷藏箱熱氣旁通化霜的效果進(jìn)行了研究，通過(guò)結霜、化霜試驗分析得到熱氣旁通的化霜效率可以達到80％以上。Reindl [3] 等提出了一種采用直接膨脹的熱氣旁通除霜方法，利用電磁閥的調節來(lái)阻止高壓制冷劑液體進(jìn)入隔膜壓力表。Qu [4] 對逆循環(huán)除霜法結合蓄熱材料進(jìn)行研究，結果表明該除霜方式可以更可靠地運用于極端氣候環(huán)境，不但可以縮短除霜時(shí)間，而且還能降低除霜能耗。曲明璐等 [5] 提出增設蓄熱器的蓄能復疊式空氣源熱泵除霜系統，與常規熱氣旁通除霜對比分析表明：采用蓄能除霜方法的除霜時(shí)間較旁通除霜減少71.4％～77.6％，系統除霜能耗降低65.1％～85.2％。本文對隔膜壓力表?yè)Q向除霜特性進(jìn)行實(shí)驗研究，分析了進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對濕度對隔膜壓力表管壁溫度、壓縮機吸氣壓力、除霜時(shí)間、壓縮機耗功、除霜吸熱量等參數的影響。

1 實(shí)驗裝置及實(shí)驗工況

1.1 實(shí)驗裝置

發(fā)器放置于焓差室的室外側；隔膜壓力表的進(jìn)出口空氣參數通過(guò)焓差室進(jìn)行調節；焓差室能夠準確的測量隔膜壓力表的換熱量、壓縮機的功率消耗等技術(shù)參數。焓差室照片如圖1所示，隔膜壓力表照片如圖2所示。

1.2 測量?jì)x器

隔膜壓力表管壁溫度通過(guò)敷設在隔膜壓力表管壁上的熱電偶進(jìn)行測量。熱電偶采用的是銅－康銅熱電偶，均經(jīng)過(guò)標定。溫度采集器采用YOKOGAWA電子公司生產(chǎn)的IM DR232－01E型溫度巡檢儀對所測的溫度進(jìn)行自動(dòng)檢測與記錄，壓力傳感器采用麥克公司生產(chǎn)的MPM480壓阻式壓力變送器。

1.3 實(shí)驗工況

為了研究不同空氣參數條件下隔膜壓力表的除霜性能，本文在不同進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)濕度條件下對一臺隔膜壓力表的除霜特性進(jìn)行了實(shí)驗研究，實(shí)驗工況如表1所示。

2 實(shí)驗結果及分析

從圖3和圖4可以看出，除霜開(kāi)始后隔膜壓力表的管壁溫度有一個(gè)急劇上升的過(guò)程，持續時(shí)間大概是100 s左右，隨后管壁溫度緩慢增加，#后達到穩定。其原因主要是逆向除霜時(shí)隔膜壓力表是冷凝器，壓縮機啟動(dòng)后直接把高溫高壓的制冷劑蒸汽排入隔膜壓力表中，所以開(kāi)始時(shí)隔膜壓力表的管壁溫度急劇增加。但是隨著(zhù)時(shí)間的推移，排入隔膜壓力表的高溫高壓的氣態(tài)制冷劑越來(lái)越多，管壁溫度與氣態(tài)制冷劑之間達到溫度平衡，所以#后管壁溫度達到穩定。

從圖3還可以看出進(jìn)風(fēng)相對濕度越大，隔膜壓力表的管壁溫度越高，當進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣相對濕度為90%時(shí)比相對濕度為75%時(shí)的隔膜壓力表管壁溫度大約提高10.5%。其原因可能是空氣濕度越大，空氣中的水蒸氣含量越多，而水蒸氣的比熱比干空氣的要大，所以對冷凝溫度產(chǎn)生一定的影響，從而導致相對濕度越大管壁溫度越高。從圖4可以看出隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度的增大，隔膜壓力表的管壁溫度也越高。當空氣進(jìn)風(fēng)相對濕度為85%時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣溫度為0 ℃時(shí)管壁溫度比-8 ℃時(shí)的管壁溫度大約提高11.9%。其主要原因為進(jìn)風(fēng)空氣溫度會(huì )影響制冷系統的冷凝溫度，而進(jìn)風(fēng)溫度越高，冷凝溫度也越高，壓縮機排氣溫度也越高，所以隔膜壓力表表面溫度也越高。

 

 

從圖5和圖6可以看出除霜開(kāi)始時(shí)，壓縮機的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過(guò)程，隨后壓縮機吸氣壓力慢慢增大，#后達到穩定。其原因主要是除霜開(kāi)始時(shí)，由于四通換向閥換向，隔膜壓力表與排氣管道相連。由于排氣管道內是高溫高壓的制冷劑蒸汽，隔膜壓力表內的低溫低壓的制冷劑蒸汽與排氣管內的高溫高壓的制冷劑蒸汽混合后，壓力迅速增加，因此壓縮機吸氣壓力有一個(gè)迅速升高的過(guò)程。但隨著(zhù)壓縮機的啟動(dòng)后，系統建立新的高壓和低壓，壓縮機的吸氣壓力迅速降低，所以除霜開(kāi)始時(shí)，壓縮機吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后又迅速降低的過(guò)程。隨著(zhù)除霜過(guò)程的進(jìn)行，霜層逐漸減少，因此壓縮機吸氣壓力有一個(gè)緩慢增加的過(guò)程，#后隔膜壓力表表面霜層全部除完，壓縮機吸氣壓力達到穩定，除霜結束。從圖5可以看出在進(jìn)風(fēng)溫度不變的情況下，相對濕度越大，壓縮機吸氣壓力越大。當進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-5 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣相對濕度為90%時(shí)比75%時(shí)壓縮機吸氣壓力要提高27.8%左右。從圖6可以看出，在進(jìn)風(fēng)相對濕度不變的情況下，進(jìn)風(fēng)溫度越高，壓縮機吸氣壓力越大。當進(jìn)風(fēng)相對濕度為75%時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣溫度為0 ℃時(shí)壓縮機吸氣壓力比-8 ℃時(shí)的壓縮機吸氣壓力大約提高76.5%。

圖7為除霜時(shí)間隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況。從圖中可以看出，除霜時(shí)間隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度的增加而減少，當進(jìn)風(fēng)空氣相對濕度為75%時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣溫度為3 ℃時(shí)除霜時(shí)間比-8 ℃時(shí)減少37.8%。其原因主要是，隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度的增加，除霜時(shí)壓縮機排氣溫度也越高，因此隔膜壓力表管壁溫度也越高，放熱量也越大，所以除霜時(shí)間就越短。從圖中還可以看出除霜時(shí)間隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)相對濕度的增加而減少，當進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-5 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)相對濕度為90%時(shí)除霜時(shí)間比75%時(shí)減少16.2%。原因可能是隨著(zhù)相對濕度的增大，霜的密度越小，霜的質(zhì)量也越小，除霜需要消耗的熱量也越少，因此除霜的時(shí)間也越短。圖8為除霜時(shí)壓縮機耗功隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況，從圖中可以看出，除霜時(shí)壓縮機耗功隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度的變化基本呈線(xiàn)性關(guān)系，而且隨著(zhù)溫度的增加而減少，當相對濕度為75%時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8℃時(shí)的壓縮機除霜耗功比3 ℃時(shí)要增加2.38倍；而且隨著(zhù)相對濕度的增大，壓縮機耗功隨溫度變化的曲線(xiàn)斜率也變小。從圖中還可以看出壓縮機耗功也隨著(zhù)相對濕度的增大而減少，當進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣相對濕度為75%時(shí)壓縮機耗功比90%時(shí)要提高59.4%左右；當進(jìn)風(fēng)空氣溫度為3 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣相對濕度為75%時(shí)壓縮機耗功比90%時(shí)要提高28.8%左右，隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)空氣溫度的升高，隨著(zhù)相對濕度的增大壓縮機耗功減小幅度呈下降趨勢。

 

 

圖9為除霜過(guò)程中吸熱量隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化情況，從圖中可以看出除霜吸熱量隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)相對濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加反而減少，當相對濕度為75%時(shí)，進(jìn)風(fēng)空氣溫度為-8 ℃時(shí)的除霜吸熱量比3 ℃時(shí)的要增加2.3倍。而且進(jìn)風(fēng)空氣溫度越低，空氣相對濕度對除霜吸熱量的影響越大。其原因可能是霜層密度隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對濕度的增加反而減少，因此在厚度相同的情況下隔膜壓力表表面的結霜量也隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)相對濕度和進(jìn)風(fēng)溫度的增加而減少，因此化霜的熱量也隨之減少，所以除霜吸熱量也隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對濕度的增加減少。

3 結論

(1) 除霜開(kāi)始后隔膜壓力表的管壁溫度有一個(gè)急劇上升的過(guò)程，隨后管壁溫度緩慢增加，#后達到穩定；而壓縮機的吸氣壓力有一個(gè)迅速增大后迅速降低的過(guò)程，隨后壓縮機吸氣壓力慢慢增大，#后達到穩定。

(2) 壓縮機吸氣壓力和隔膜壓力表管壁溫度隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和相對濕度的增大而增大，除霜時(shí)間、除霜時(shí)壓縮機耗功和除霜吸熱量隨著(zhù)進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)相對濕度的增加而減少。