冷冻空间软硬吸合面湿空气渗透特性的实验研究
发布时间：2020-11-05 08:25
冷柜、冰箱等设备维持在低温环境下运行,需要消耗大量电能产生持续冷量来抵消热湿负荷,其中湿空气渗透带来的热湿负荷占据着主要部分。为了降低冷冻空间能耗,最直接的措施就是减小湿空气渗透。湿空气渗透主要受到湿度、压力、温度渗透推动势以及渗透路径的影响;因此,为了减少湿空气渗透,实现冷冻空间能耗降低的优化设计目标,需要明确冷冻空间软硬吸合面湿空气渗透特性。本文设计并搭建了冷冻空间软硬吸合面湿空气渗透速率测试实验装置,实验测试了冷冻空间软硬吸合面湿空气渗透特性的变化规律,通过表面形貌观测和理论研究分析了软硬吸合面渗透路径尺度渗透流动类型,建立了湿空气中水分渗透速率预测模型和湿空气中空气渗透速率预测模型。主要研究内容及结果如下:1)提出了基于空气泄漏测试流量法和水蒸气渗透干法测试原理的冷冻空间门封软硬吸合面空气渗透特性测试方法,搭建了冷冻空间软硬吸合面湿空气渗透速率测试实验台,可实现不同压力、温度、湿度等渗透势下的湿空气中水分和空气渗透速率测试。实验装置湿空气渗透速率测量的最大误差为16.7%。2)通过仪器观测得到了软硬吸合面表面形貌,结合材料弹性变形理论计算得到接触应力影响下表面形变结果,揭示了冷冻空间门封吸合面处的微观缝隙尺度为10~(-5)m量级;3)通过湿空气中水分渗透速率测试实验,研究了水分渗透速率随水分分压差的变化规律,结果表明,在只有湿度渗透势作用时,冷冻空间门封吸合面处的湿空气中水分渗透速率随湿空气中水分分压差增大而增大,两者变化规律呈线性,可用Darcy渗透定律进行描述。通过冷冻空间软硬吸合面水分渗透的理论分析发现,基于Darcy线性定律,结合实验数据拟合渗透系数,可建立典型冷柜的渗透速率模型预测模型;对比渗透速率模型预测值与实验测试值,最大误差小于15%;4)通过湿空气中空气渗透速率测试的实验,研究空气渗透速率随压力差及温度的变化规律,研究结果表明,在存在温度和压力耦合渗透势时,冷冻空间门封吸合面处的空气渗透速率随温度升高而增大;冷冻空间门封吸合面处的空气渗透速率随压差增大而增大,且增大的速率越来越快,两者关系呈非线性。通过多孔介质渗透流动理论对冷冻空间门封空气渗透进行理论分析发现,冷冻空间门封吸合面处的空气渗透速率随压差的变化规律符合Darcy-Forchheimer非线性规律。结合实验数据拟合渗透特性系数,建立典型冷柜的湿空气中空气渗透速率模型预测模型;对比模型预测值与实验测试值,最大误差小于8%。研究结果为冷冻空间门封优化设计提供必需的基础模型,并丰富间隙湿空气渗透理论。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
图 2-6 保压试验冷柜内外压差随时间变化曲线igure.2-6 Refrigerator pressure difference—time curve of pressure 2 小时内，内外空气压差变化平缓，空气泄漏的平均本文测试的所有的工况中，空气泄漏量最少也有 100m对的门封处的泄漏量，可忽略不计测试装置中其他部吸合面微观形貌观测方法合面湿空气渗透速率与软硬吸合面间的渗透路径尺度间的渗透路径尺度，需要对门封软硬吸合面的微观形合面为软质橡胶和硬质金属接触面，两者接触时无法观测。在冷柜门封处获取软质橡胶和硬质金属样品，质金属为铁皮，样品实物图如图 2-7 所示。
图 2-7 门封软硬吸合面观测样品实物图Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface测门封软硬吸合面采用的仪器为真彩色共聚焦扫描显微镜粗糙表面固有三维微观形貌。真彩色共聚焦扫描显微镜型00, 实验仪器如图 2-8 所示。测时，将构成门封的软质橡胶和硬质金属样品分别放置在镜上进行观测，获得各自整个表面的微凸体形貌特征参数体高度分布规律。
图 2-7 门封软硬吸合面观测样品实物图Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface门封软硬吸合面采用的仪器为真彩色共聚焦扫描显微镜糙表面固有三维微观形貌。真彩色共聚焦扫描显微镜型0, 实验仪器如图 2-8 所示。时，将构成门封的软质橡胶和硬质金属样品分别放置在上进行观测，获得各自整个表面的微凸体形貌特征参数高度分布规律。
【参考文献】
本文编号：2871381
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
图 2-6 保压试验冷柜内外压差随时间变化曲线igure.2-6 Refrigerator pressure difference—time curve of pressure 2 小时内，内外空气压差变化平缓，空气泄漏的平均本文测试的所有的工况中，空气泄漏量最少也有 100m对的门封处的泄漏量，可忽略不计测试装置中其他部吸合面微观形貌观测方法合面湿空气渗透速率与软硬吸合面间的渗透路径尺度间的渗透路径尺度，需要对门封软硬吸合面的微观形合面为软质橡胶和硬质金属接触面，两者接触时无法观测。在冷柜门封处获取软质橡胶和硬质金属样品，质金属为铁皮，样品实物图如图 2-7 所示。
图 2-7 门封软硬吸合面观测样品实物图Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface测门封软硬吸合面采用的仪器为真彩色共聚焦扫描显微镜粗糙表面固有三维微观形貌。真彩色共聚焦扫描显微镜型00, 实验仪器如图 2-8 所示。测时，将构成门封的软质橡胶和硬质金属样品分别放置在镜上进行观测，获得各自整个表面的微凸体形貌特征参数体高度分布规律。
图 2-7 门封软硬吸合面观测样品实物图Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface门封软硬吸合面采用的仪器为真彩色共聚焦扫描显微镜糙表面固有三维微观形貌。真彩色共聚焦扫描显微镜型0, 实验仪器如图 2-8 所示。时，将构成门封的软质橡胶和硬质金属样品分别放置在上进行观测，获得各自整个表面的微凸体形貌特征参数高度分布规律。
【参考文献】
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本文编号：2871381
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