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I sistemi di riscaldamento e raffreddamento domestico utilizzano spesso dispositivi capillari.L'uso di capillari a spirale elimina la necessità di apparecchiature di refrigerazione leggere nel sistema.La pressione capillare dipende in gran parte dai parametri della geometria capillare, come lunghezza, diametro medio e distanza tra loro.Questo articolo si concentra sull'effetto della lunghezza dei capillari sulle prestazioni del sistema.Negli esperimenti sono stati utilizzati tre capillari di diversa lunghezza.I dati per R152a sono stati esaminati in condizioni diverse per valutare l'effetto di lunghezze diverse.La massima efficienza si ottiene con una temperatura dell'evaporatore di -12°C e una lunghezza del capillare di 3,65 m.I risultati mostrano che le prestazioni del sistema aumentano con l'aumentare della lunghezza del capillare fino a 3,65 m rispetto a 3,35 me 3,96 m.Pertanto, quando la lunghezza del capillare aumenta di una certa quantità, la prestazione del sistema aumenta.I risultati sperimentali sono stati confrontati con i risultati dell'analisi fluidodinamica computazionale (CFD).
Un frigorifero è un apparecchio di refrigerazione che comprende uno scomparto isolato, mentre un sistema di refrigerazione è un sistema che crea un effetto di raffreddamento in uno scomparto isolato.Il raffreddamento è definito come il processo di rimozione del calore da uno spazio o sostanza e di trasferimento di tale calore ad un altro spazio o sostanza.I frigoriferi sono ora ampiamente utilizzati per conservare alimenti che si deteriorano a temperatura ambiente; il deterioramento dovuto alla crescita batterica e ad altri processi è molto più lento nei frigoriferi a bassa temperatura.I refrigeranti sono fluidi di lavoro utilizzati come dissipatori di calore o refrigeranti nei processi di refrigerazione.I refrigeranti raccolgono il calore evaporando a bassa temperatura e pressione e poi condensano a temperatura e pressione più elevate, rilasciando calore.La stanza sembra diventare più fresca mentre il calore fuoriesce dal congelatore.Il processo di raffreddamento avviene in un sistema costituito da compressore, condensatore, tubi capillari ed evaporatore.I frigoriferi sono le apparecchiature di refrigerazione utilizzate in questo studio.I frigoriferi sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo e questo elettrodomestico è diventato una necessità domestica.I frigoriferi moderni sono molto efficienti nel funzionamento, ma la ricerca per migliorare il sistema è ancora in corso.Lo svantaggio principale dell’R134a è che non è noto per essere tossico ma ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP) molto elevato.L'R134a per i frigoriferi domestici è stato incluso nel Protocollo di Kyoto della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici1,2.Tuttavia, pertanto, l’utilizzo dell’R134a dovrebbe essere significativamente ridotto3.Da un punto di vista ambientale, finanziario e sanitario, è importante trovare refrigeranti a basso riscaldamento globale4.Numerosi studi hanno dimostrato che l’R152a è un refrigerante rispettoso dell’ambiente.Mohanraj et al.5 hanno studiato la possibilità teorica di utilizzare refrigeranti R152a e idrocarburi nei frigoriferi domestici.È stato riscontrato che gli idrocarburi sono inefficaci come refrigeranti autonomi.L'R152a è più efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell'ambiente rispetto ai refrigeranti in fase di eliminazione.Bolaji e altri.6.Le prestazioni di tre refrigeranti HFC ecologici sono state confrontate in un frigorifero a compressione di vapore.Hanno concluso che l'R152a potrebbe essere utilizzato nei sistemi di compressione del vapore e potrebbe sostituire l'R134a.L'R32 presenta svantaggi come l'alta tensione e il basso coefficiente di prestazione (COP).Bolaji et al.7 hanno testato R152a e R32 come sostituti dell'R134a nei frigoriferi domestici.Secondo gli studi, l'efficienza media dell'R152a è superiore del 4,7% rispetto a quella dell'R134a.Cabello et al.testato R152a e R134a in apparecchiature di refrigerazione con compressori ermetici.8. Bolaji et al.9 hanno testato il refrigerante R152a nei sistemi di refrigerazione.Hanno concluso che l’R152a era il più efficiente dal punto di vista energetico, con una capacità di raffreddamento per tonnellata inferiore del 10,6% rispetto al precedente R134a.L'R152a mostra una maggiore capacità di raffreddamento volumetrico ed efficienza.Chavhan et al.10 hanno analizzato le caratteristiche di R134a e R152a.In uno studio su due refrigeranti, l’R152a è risultato essere il più efficiente dal punto di vista energetico.L'R152a è più efficiente del 3,769% rispetto all'R134a e può essere utilizzato come sostituto diretto.Bolaji et al.11 hanno studiato vari refrigeranti a basso GWP come sostituti dell'R134a nei sistemi di refrigerazione a causa del loro minore potenziale di riscaldamento globale.Tra i refrigeranti valutati, l’R152a ha la prestazione energetica più elevata, riducendo il consumo di elettricità per tonnellata di refrigerazione del 30,5% rispetto all’R134a.Secondo gli autori, l'R161 deve essere completamente riprogettato prima di poter essere utilizzato come sostituto.Vari lavori sperimentali sono stati condotti da molti ricercatori sulla refrigerazione domestica per migliorare le prestazioni dei sistemi refrigeranti a basso GWP e miscelati con R134a come imminente sostituzione nei sistemi di refrigerazione12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 hanno studiato le prestazioni di diversi refrigeranti ecocompatibili e la loro combinazione con R134a come potenziale alternativa per vari test di compressione del vapore.Sistema.Tiwari et al.36 hanno utilizzato esperimenti e analisi CFD per confrontare le prestazioni dei tubi capillari con diversi refrigeranti e diametri dei tubi.Utilizzare il software ANSYS CFX per l'analisi.Si consiglia il miglior design della bobina elicoidale.Punia et al.16 hanno studiato l'effetto della lunghezza del capillare, del diametro e del diametro della bobina sul flusso di massa del refrigerante GPL attraverso una serpentina a spirale.Secondo i risultati dello studio, la regolazione della lunghezza del capillare nell'intervallo da 4,5 a 2,5 m consente di aumentare il flusso di massa in media del 25%.Söylemez et al.16 hanno eseguito un'analisi CFD dello scomparto freschezza (DR) di un frigorifero domestico utilizzando tre diversi modelli turbolenti (viscosi) per ottenere informazioni sulla velocità di raffreddamento dello scomparto freschezza e sulla distribuzione della temperatura nell'aria e nello scomparto durante il caricamento.Le previsioni del modello CFD sviluppato illustrano chiaramente i campi del flusso d'aria e della temperatura all'interno della FFC.
Questo articolo discute i risultati di uno studio pilota per determinare le prestazioni dei frigoriferi domestici che utilizzano il refrigerante R152a, che è rispettoso dell'ambiente e non presenta alcun rischio di potenziale riduzione dell'ozono (ODP).
In questo studio, come siti di test sono stati selezionati capillari da 3,35 m, 3,65 m e 3,96 m.Sono stati poi condotti esperimenti con il refrigerante R152a a basso riscaldamento globale e sono stati calcolati i parametri operativi.Anche il comportamento del refrigerante nel capillare è stato analizzato utilizzando il software CFD.I risultati CFD sono stati confrontati con i risultati sperimentali.
Come mostrato nella Figura 1, potete vedere la fotografia di un frigorifero domestico da 185 litri utilizzato per lo studio.È costituito da un evaporatore, un compressore alternativo ermetico e un condensatore raffreddato ad aria.Quattro manometri sono installati all'ingresso del compressore, all'ingresso del condensatore e all'uscita dell'evaporatore.Per evitare vibrazioni durante i test, questi misuratori sono montati su pannello.Per leggere la temperatura della termocoppia, tutti i fili della termocoppia sono collegati a uno scanner per termocoppia.Dieci dispositivi di misurazione della temperatura sono installati all'ingresso dell'evaporatore, all'aspirazione del compressore, allo scarico del compressore, al vano e all'ingresso del frigorifero, all'ingresso del condensatore, al vano congelatore e all'uscita del condensatore.Viene inoltre riportato il consumo di tensione e corrente.Un flussometro collegato ad un tratto di tubo è fissato su una tavola di legno.Le registrazioni vengono salvate ogni 10 secondi utilizzando l'unità Human Machine Interface (HMI).Il vetro spia viene utilizzato per verificare l'uniformità del flusso di condensa.
Per quantificare potenza ed energia è stato utilizzato un amperometro Selec MFM384 con una tensione di ingresso di 100–500 V.Sulla parte superiore del compressore è installata una porta di servizio del sistema per caricare e ricaricare il refrigerante.Il primo passo è scaricare l'umidità dal sistema attraverso l'apertura di servizio.Per rimuovere qualsiasi contaminazione dal sistema, lavarlo con azoto.Il sistema viene caricato utilizzando una pompa a vuoto, che evacua l'unità ad una pressione di -30 mmHg.La Tabella 1 elenca le caratteristiche del banco di prova del frigorifero domestico e la Tabella 2 elenca i valori misurati, nonché la loro portata e precisione.
Le caratteristiche dei refrigeranti utilizzati nei frigoriferi e nei congelatori domestici sono riportate nella Tabella 3.
I test sono stati condotti secondo le raccomandazioni del Manuale ASHRAE 2010 nelle seguenti condizioni:
Inoltre, per ogni evenienza, sono stati effettuati controlli per garantire la riproducibilità dei risultati.Finché le condizioni operative rimangono stabili, vengono registrati la temperatura, la pressione, il flusso di refrigerante e il consumo energetico.Temperatura, pressione, energia, potenza e flusso vengono misurati per determinare le prestazioni del sistema.Trovare l'effetto di raffreddamento e l'efficienza per flusso di massa e potenza specifici a una data temperatura.
Utilizzando la CFD per analizzare il flusso bifase nella spirale di un frigorifero domestico, è possibile calcolare facilmente l'effetto della lunghezza del capillare.L'analisi CFD semplifica il monitoraggio del movimento delle particelle fluide.Il refrigerante che passa attraverso l'interno della serpentina a spirale è stato analizzato utilizzando il programma CFD FLUENT.La tabella 4 mostra le dimensioni delle bobine capillari.
Il simulatore di mesh del software FLUENT genererà un modello di progettazione strutturale e una mesh (le Figure 2, 3 e 4 mostrano la versione ANSYS Fluent).Il volume del fluido del tubo viene utilizzato per creare la rete di delimitazione.Questa è la griglia utilizzata per questo studio.
Il modello CFD è stato sviluppato utilizzando la piattaforma ANSYS FLUENT.È rappresentato solo l'universo fluido in movimento, quindi il flusso di ciascuna serpentina capillare è modellato in termini di diametro del capillare.
Il modello GEOMETRY è stato importato nel programma ANSYS MESH.ANSYS scrive codice dove ANSYS è una combinazione di modelli e condizioni al contorno aggiunte.Nella fig.4 mostra il modello pipe-3 (3962,4 mm) in ANSYS FLUENT.Gli elementi tetraedrici forniscono una maggiore uniformità, come mostrato nella Figura 5. Dopo aver creato la mesh principale, il file viene salvato come mesh.Il lato della bobina è chiamato ingresso, mentre il lato opposto è rivolto verso l'uscita.Queste facce rotonde vengono salvate come pareti della tubazione.I mezzi liquidi vengono utilizzati per costruire modelli.
Indipendentemente da come l'utente percepisce la pressione, è stata scelta la soluzione ed è stata scelta l'opzione 3D.La formula di generazione di energia è stata attivata.
Quando il flusso è considerato caotico, è altamente non lineare.Pertanto è stato scelto il flusso K-epsilon.
Se viene selezionata un'alternativa specificata dall'utente, l'ambiente sarà: Descrive le proprietà termodinamiche del refrigerante R152a.Gli attributi del modulo vengono archiviati come oggetti di database.
Le condizioni meteo restano invariate.È stata determinata una velocità di ingresso, sono state descritte una pressione di 12,5 bar e una temperatura di 45°C.
Infine, alla quindicesima iterazione, la soluzione viene testata e converge alla quindicesima iterazione, come mostrato nella Figura 7.
È un metodo di mappatura e analisi dei risultati.Tracciare i cicli di dati di pressione e temperatura utilizzando Monitor.Successivamente vengono determinati la pressione e la temperatura totali e i parametri generali della temperatura.Questi dati mostrano la caduta di pressione totale attraverso le batterie (1, 2 e 3) nelle figure 1 e 2. 7, 8 e 9 rispettivamente.Questi risultati sono stati estratti da un programma in fuga.
Nella fig.10 mostra la variazione di efficienza per diverse lunghezze di evaporazione e capillare.Come si può vedere, l’efficienza aumenta all’aumentare della temperatura di evaporazione.Le efficienze massima e minima sono state ottenute raggiungendo campate capillari di 3,65 me 3,96 m.Se la lunghezza del capillare aumenta di una certa quantità, l’efficienza diminuirà.
La variazione della capacità di raffreddamento dovuta ai diversi livelli di temperatura di evaporazione e lunghezza dei capillari è mostrata in fig.11. L'effetto capillare porta ad una diminuzione della capacità di raffreddamento.La capacità di raffreddamento minima viene raggiunta ad un punto di ebollizione di -16°C.La maggiore capacità di raffreddamento si osserva nei capillari con una lunghezza di circa 3,65 me una temperatura di -12°C.
Nella fig.12 mostra la dipendenza della potenza del compressore dalla lunghezza del capillare e dalla temperatura di evaporazione.Inoltre, il grafico mostra che la potenza diminuisce all'aumentare della lunghezza del capillare e al diminuire della temperatura di evaporazione.Ad una temperatura di evaporazione di -16 °C si ottiene una potenza del compressore inferiore con una lunghezza del capillare di 3,96 m.
I dati sperimentali esistenti sono stati utilizzati per verificare i risultati CFD.In questo test, i parametri di input utilizzati per la simulazione sperimentale vengono applicati alla simulazione CFD.I risultati ottenuti vengono confrontati con il valore della pressione statica.I risultati ottenuti mostrano che la pressione statica all'uscita dal capillare è inferiore a quella all'ingresso nel tubo.I risultati del test mostrano che aumentando la lunghezza del capillare fino ad un certo limite si riduce la caduta di pressione.Inoltre, la ridotta caduta di pressione statica tra l'ingresso e l'uscita del capillare aumenta l'efficienza del sistema di refrigerazione.I risultati CFD ottenuti sono in buon accordo con i risultati sperimentali esistenti.I risultati del test sono mostrati nelle Figure 1 e 2. 13, 14, 15 e 16. In questo studio sono stati utilizzati tre capillari di diversa lunghezza.Le lunghezze dei tubi sono 3,35 m, 3,65 me 3,96 m.È stato osservato che la caduta di pressione statica tra l'ingresso e l'uscita del capillare aumentava quando la lunghezza del tubo veniva modificata a 3,35 m.Si noti inoltre che la pressione di uscita nel capillare aumenta con una dimensione del tubo di 3,35 m.
Inoltre la caduta di pressione tra l'ingresso e l'uscita del capillare diminuisce all'aumentare della dimensione del tubo da 3,35 a 3,65 m.È stato osservato che la pressione all'uscita del capillare diminuiva bruscamente all'uscita.Per questo motivo l'efficienza aumenta con questa lunghezza del capillare.Inoltre, aumentando la lunghezza del tubo da 3,65 a 3,96 m si riduce nuovamente la caduta di pressione.Si è osservato che su questo tratto la caduta di pressione scende al di sotto del livello ottimale.Ciò riduce il COP del frigorifero.Pertanto, i circuiti di pressione statica mostrano che il capillare da 3,65 m fornisce le migliori prestazioni nel frigorifero.Inoltre, un aumento della caduta di pressione aumenta il consumo di energia.
Dai risultati dell'esperimento si può vedere che la capacità di raffreddamento del refrigerante R152a diminuisce all'aumentare della lunghezza del tubo.La prima batteria ha la capacità di raffreddamento più alta (-12°C) e la terza batteria ha la capacità di raffreddamento più bassa (-16°C).La massima efficienza si ottiene con una temperatura dell'evaporatore di -12 °C e una lunghezza del capillare di 3,65 m.La potenza del compressore diminuisce con l'aumentare della lunghezza del capillare.La potenza assorbita dal compressore è massima ad una temperatura dell'evaporatore di -12 °C e minima a -16 °C.Confronta le letture CFD e della pressione a valle per la lunghezza del capillare.Si può notare che la situazione è la stessa in entrambi i casi.I risultati mostrano che le prestazioni del sistema aumentano all’aumentare della lunghezza del capillare fino a 3,65 m rispetto a 3,35 m e 3,96 m.Pertanto, quando la lunghezza del capillare aumenta di una certa quantità, la prestazione del sistema aumenta.
Sebbene l’applicazione della CFD alle centrali termiche ed elettriche migliorerà la nostra comprensione della dinamica e della fisica delle operazioni di analisi termica, le limitazioni richiedono lo sviluppo di metodi CFD più veloci, più semplici e meno costosi.Questo ci aiuterà a ottimizzare e progettare le apparecchiature esistenti.I progressi nel software CFD consentiranno la progettazione e l'ottimizzazione automatizzate e la creazione di CFD su Internet aumenterà la disponibilità della tecnologia.Tutti questi progressi aiuteranno la CFD a diventare un campo maturo e un potente strumento di ingegneria.Pertanto, in futuro l’applicazione della CFD nell’ingegneria termica diventerà più ampia e rapida.
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Orario di pubblicazione: 14 gennaio 2023