-100℃冷库保温特性及制冷系统性能研究

发布时间：2020-09-28 08:58

　　近年来,随着科学技术的发展,制冷技术的发展也是日新月异,食品行业也随之以较快速度发展起来。因为人们对食品品质及口感的要求越来越高,所以用于食品储藏的冷库在温度上也不得不达到更高的要求,例如金枪鱼是被国际营养组织重点推荐的世界三大营养鱼类之一。要将金枪鱼制成生鱼片并拥有很好的口感,那么,从将金枪鱼捕获到送至人们的餐桌供人们食用,一条-55℃的低温冷链必不可少。因此,开发高效节能的用于储存类似于金枪鱼等食物的冷库成为近年来各个学者的研究热点之一。但是超低温冷库目前在技术上还面临许多困难,超低温环境下如何保持保温系统结构的稳定就是其中最大的问题之一。本文提出一种新形式的超低温冷库保温体结构,并对超低温冷库制冷系统——三级复叠制冷系统进行理论及实验研究,研究不同蒸发温度下制冷系统各参数变化,探究影响各参数变化的主要因素,并寻找提高三级复叠制冷系统性能的方法。在保温体结构性能的研究方面,-100℃冷库由库体、冷库地坪和过渡间组成,并在冷库库门外设置过渡间,减少冷库与外界环境交换热量,库体由外向内依次由200mm厚硬质聚氨酯泡沫塑料夹芯板、环氧树脂层、150mm厚珍珠岩、304不锈钢整体钢板,所述冷库地坪下层由多层聚苯乙烯高密度泡沫构成,冷库地坪下层通过中层环氧树脂层粘结上层无纺布层。在选用围护结构及填充钢板与库体间的材料时,充分考虑了硬质聚氨酯泡沫塑料和珍珠岩都具有密度小、导热系数小、防潮耐火、化学性质稳定、价格低廉且无毒无污染的特性,冷库最内层所选用的钢板一体成型,没有缝隙,在超低温环境下,极难收缩,最大限度的减少了普通冷库因保温体结构收缩产生库板裂缝的危害。在理论研究方面,通过T-S图,建立三级复叠制冷系统数学模型。对COP随中、高温级蒸发温度变化情况、最优中间冷凝温度、各级压缩机排气温度、各级压缩机压缩功、COP及热力完善度、?效率及总?损失、各部分?损失所占比例随蒸发温度的变化情况进行了模拟。在实验方面,研究了本实验所提出的围护结构在经历了反复降温与升温之后的稳定性,通过观察冷库降温与升温时间验证围护结构保温性能是否良好。此外,对三级复叠制冷系统制冷量,COP,三台压缩机排气温度、吸排气压力以及压缩机耗功随蒸发温度的变化情况。实验结果表明:(1)在环境温度为25℃,将冷库内温度加热至50℃时,冷库围护结构传热量为7.2W/℃,在十次降温升温过程后的围护结构传热量最多只增加了2.1%。可见,本实验提出的冷库围护结构在反复的升温与降温过程中,并没有发生很大变化,这种围护结构可以克服超低温环境对保温体的破坏,具有良好的保温性能。(2)冷库内温度由环境温度(25℃)降低至-100.2℃共耗时12h,在冷库内温度由25℃降低至-100.2℃的过程中,冷库中设置的过渡间的温度由25℃降低至-1.7℃,这说明实验中冷库内门处漏冷量极少,冷库围护结构保温性能较好,过渡间也能很好的起到减少冷库漏冷的作用。(3)冷库内温度降至-100.2℃后,经历15h恢复到20.3℃,仍未完全恢复至外界环境温度,并且温度恢复地越来越慢,这些都验证了本实验提出围护结构设计方法保温性能良好。(4)随着冷库内温度的降低,制冷系统中制冷剂流速变慢,这导致了压缩机吸气量的减小,于是压缩机压缩制冷剂气体的输入功减小。三台压缩机总耗功与三级复叠制冷系统制冷量均逐渐降低。(5)随着冷库内温度的降低,三级复叠制冷系统的COP减小,由库内温度为-60℃的0.47下降至库内温度为-100℃的0.27,下降了42.6%。此外,三级复叠制冷系统COP总体偏低,在本实验工况下,最高仅为0.47。
【学位单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB657
【部分图文】：

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图 1-1 双级压缩制冷系统原理图Fig.1-1 Principle diagram of two-stage compression refrigeration system年，庄友明和叶美萍[18]研究了双级压缩氨制冷系统的最佳工况，研容积比对 COP 影响不大，COP 随两者变化并不明显；随着高低压升高，双级压缩氨制冷系统的中间温度是降低的，容积比每下降约 0.3~0.5℃；在同工况下，高低压容积比为 1/3 的机组的 COP 高机组，中间温度也要高约 5~8℃。年，周金坤[19]研究了过冷过程对双级压缩制冷系统节能的影响，研存在使得制冷系统的单位制冷量增加，同时有过冷的双级压缩制冷级压缩制冷系统更加节能，过冷可以提高系统的制冷效率。年，曾国安[20]在文章中总结了几种确定双级压缩制冷系统中间温度常用的方法是，我们可以由温度的比例中相来定中间温度，然后学性质图或表确定中间压力： = √ ；第二种方法是由贝林格该公式针对氨制冷系统，蒸发温度在-35℃~-10℃之间，冷凝温度 20

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中间压力随喷射量的变化率越大；当工况一定并且喷射的制冷剂热射量越大，中间压力随喷射量的变化率越小。年，郭耀君，谢晶[23]等人对双级压缩与复叠式压缩制冷系统究竟哪好一些进行了对比，图 1 为 R404A 双级压缩制冷循环流程图，图3 复叠式压缩制冷循环流程图。研究发现，在蒸发温度为-65℃的工和双级压缩制冷系统的压缩比及排气温度升高是冷凝温度的升高引升高却不会使吸气压力和制冷剂质量流量产生明显变化，保持冷凝叠式制冷系统在以上讨论的性能方面均比双级压缩制冷系统表现优 40℃的工况下，蒸发温度的降低使得两种系统中压缩机的压缩比、而压缩机吸气压力会降低，同时，冷凝温度对制冷剂质量流量影响度不变的话，复叠式制冷系统在以上讨论的性能方面均比双级压缩；分别采用两种系统搭建某小型超低温制冷实验台，然后分别计算及运行费用并进行比较，结果表明复叠制冷系统的应用，可以使能此可以说，在冷凝温度为 40℃、蒸发温度为 65℃的工况下，复叠为优异。

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图 1-3 R404A/R23 复叠式压缩制冷循环流程图Fig.1-3 Flow chart of R404A/R23 cascade compression refrigeration cycle叠式制冷系统研究现状，随着人们对冷库等低温场合的温度要求越来越高，复叠式制冷系广泛，那么如何提高复叠式制冷系统的性能指标也成为了人们的研的温差取值叠式制冷系统制冷的目的是获取超低温环境，所以随着蒸发温度的失一定会相应的增大。传热温差也就成为了影响复叠式制冷循环的式制冷系统中，蒸发器的传热温差通常低于 5℃，冷凝蒸发器的温。低温级排气冷却器排气冷却器的存在有助于减少冷凝蒸发器的热负荷，从而提高复叠。由于低温级排气冷却器蒸发温度的不同以及制冷剂的不同，制冷

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