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I sistemi di riscaldamentu è di rinfrescamentu in casa spessu usanu i dispositi capillari.L'usu di capillari spirali elimina a necessità di equipaggiu di refrigerazione ligeru in u sistema.A pressione capillare dipende largamente da i paràmetri di a geometria capillare, cum'è a lunghezza, u diametru mediu è a distanza trà elli.Questu articulu si focalizeghja nantu à l'effettu di a lunghezza capillare nantu à u rendiment di u sistema.Trè capillari di diverse lunghezze sò stati utilizati in l'esperimenti.I dati per R152a sò stati esaminati in diverse cundizioni per evaluà l'effettu di diverse lunghezze.L'efficienza massima hè ottenuta à una temperatura di l'evaporatore di -12 ° C è una lunghezza capillare di 3,65 m.I risultati mostranu chì a prestazione di u sistema aumenta cù l'aumentu di a lunghezza capillare à 3,65 m paragunatu à 3,35 m è 3,96 m.Dunque, quandu a lunghezza di u capillare aumenta da una certa quantità, u rendiment di u sistema aumenta.I risultati spirimintali sò stati paragunati cù i risultati di l'analisi di dinamica di fluidu computazionale (CFD).
Un frigorifero hè un attellu di refrigerazione chì include un compartment insulated, è un sistema di refrigerazione hè un sistema chì crea un effettu di rinfrescante in un compartment insulated.U rinfrescante hè definitu cum'è u prucessu di caccià u calore da un spaziu o sustanza è trasferimentu quellu calore à un altru spaziu o sustanza.I frigorifici sò oghji largamente usati per almacenà l'alimentu chì sguassate à a temperatura di l'ambienti, u spoilage da a crescita bacteriana è altri prucessi hè assai più lento in i frigorifici di bassa temperatura.I refrigeranti sò fluidi di travagliu utilizati cum'è dissipatori di calore o refrigeranti in i prucessi di refrigerazione.I frigorifichi cullighjanu u calore per evaporazione à a bassa temperatura è a pressione è poi cundensà à a temperatura è a pressione più altu, liberando u calore.A stanza pare esse più fresca mentre u calore scappa da u congelatore.U prucessu di rinfrescante si faci in un sistema custituitu da un compressore, condensatore, tubi capillari è un evaporatore.I frigorifici sò l'equipaggiu di refrigerazione utilizatu in stu studiu.I frigorifichi sò largamente usati in u mondu sanu, è questu apparatu hè diventatu una necessità di a casa.I frigorifici muderni sò assai efficaci in u funziunamentu, ma a ricerca per migliurà u sistema hè sempre in corso.U principale svantaghju di R134a hè chì ùn hè micca cunnisciutu per esse tossicu, ma hà un Potenziale di Riscaldamentu Globale (GWP) assai altu.R134a per i frigorifici domestici hè stata inclusa in u Protocolu di Kyoto di a Cunvenzione Quadru di Nazioni Unite nantu à u Cambiamentu Climaticu1,2.Tuttavia, dunque, l'usu di R134a deve esse ridutta significativamente3.Da un puntu di vista ambientale, finanziariu è di salute, hè impurtante di truvà refrigeranti di u riscaldamentu glubale bassu4.Diversi studii anu dimustratu chì R152a hè un refrigerante ecologicu.Mohanraj et al.5 anu investigatu a pussibilità teorica d'utilizà R152a è refrigerants d'idrocarburi in i frigorifici domestici.L'idrocarburi sò stati trovati per esse inefficaci cum'è refrigeranti stand-alone.R152a hè più efficiente energeticu è ecologicu cà i refrigeranti à eliminazione graduale.Bolaji è altri.6.A prestazione di trè refrigeranti HFC ecologichi hè stata paragunata in un frigorifero di compressione di vapore.Anu cunclusu chì R152a puderia esse usatu in sistemi di compressione di vapore è puderia rimpiazzà R134a.R32 hà svantaghji cum'è alta tensione è bassu coefficient of performance (COP).Bolaji et al.7 hà pruvatu R152a è R32 cum'è sustituti di R134a in i frigorifici domestici.Sicondu i studii, l'efficienza media di R152a hè 4,7% più altu ch'è quella di R134a.Cabello et al.testatu R152a è R134a in l'equipaggiu di refrigerazione cù compressori ermetici.8. Bolaji et al9 testatu R152a refrigerant in sistemi di refrigerazione.Anu cunclusu chì R152a era u più efficiente energeticu, cù 10.6% menu di capacità di rinfrescante per tonna di u R134a precedente.R152a mostra una capacità di rinfrescamentu volumetrica più altu è efficienza.Chavhan et al.10 analizà e caratteristiche di R134a è R152a.In un studiu di dui refrigeranti, R152a hè statu truvatu per esse u più efficiente energeticu.R152a hè 3.769% più efficaci di R134a è pò esse usatu cum'è sustitutu direttu.Bolaji et al.11 anu investigatu diversi refrigerants low-GWP cum'è rimpiazzamentu di R134a in sistemi di refrigerazione per via di u so putenziale di riscaldamentu glubale più bassu.Trà i refrigeranti valutati, R152a hà u più altu rendimentu energeticu, riducendu u cunsumu d'electricità per tonnellata di refrigerazione di 30,5% paragunatu à R134a.Sicondu l'autori, u R161 deve esse riprogettatu cumplettamente prima di pudè esse usatu cum'è sustitutu.Diversi travaglii sperimentali sò stati realizati da parechji circadori di refrigerazione domestica per migliurà a prestazione di sistemi di refrigerante à bassa GWP è R134a cum'è un futuru rimpiazzamentu in i 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 anu studiatu u funziunamentu di parechji refrigeranti amichevuli di l'ambiente è a so cumminazzioni cù R134a cum'è alternativa potenziale per diverse prove di compressione di vapore.Sistema.Tiwari et al.36 anu utilizatu esperimenti è analisi CFD per paragunà a prestazione di tubi capillari cù diversi refrigeranti è diametri di tubi.Aduprate u software ANSYS CFX per l'analisi.U megliu design di bobina elicoidale hè cunsigliatu.Punia et al.16 anu investigatu l'effettu di a lunghezza di capillari, u diametru è u diametru di a bobina nantu à u flussu di massa di refrigerant LPG attraversu una bobina spirale.Sicondu i risultati di u studiu, l'aghjustà a lunghezza di u capillare in a gamma da 4,5 à 2,5 m permette di aumentà u flussu di massa da una media di 25%.Söylemez et al.16 hà realizatu un analisi CFD di un compartment di freschezza di u frigorifero domesticu (DR) utilizendu trè mudelli turbulenti (viscosi) diffirenti per acquistà insight in a velocità di rinfrescante di u compartment di freschezza è a distribuzione di temperatura in l'aria è u compartment durante a carica.E previsioni di u mudellu CFD sviluppatu illustranu chjaramente u flussu di l'aria è i campi di temperatura in u FFC.
Questu articulu discute i risultati di un studiu pilotu per determinà a prestazione di i frigorifici domestici chì utilizanu refrigerante R152a, chì hè ecologicu è ùn hà micca risicu di u putenziale di deplezione di l'ozone (ODP).
In questu studiu, 3,35 m, 3,65 m è 3,96 m capillari sò stati scelti cum'è siti di teste.I esperimenti sò stati poi realizati cù u refrigerante R152a di u riscaldamentu glubale bassu è i paràmetri di u funziunamentu sò stati calculati.U cumpurtamentu di u refrigerante in u capillare hè statu ancu analizatu cù u software CFD.I risultati CFD sò stati paragunati cù i risultati sperimentali.
Comu mostra in a Figura 1, pudete vede una fotografia di un frigorifero domesticu di 185 litri utilizatu per u studiu.Hè custituitu da un evaporatore, un compressore alternativu ermeticu è un condensatore rinfriscatu à l'aria.Quattru manometri sò stallati à l'ingressu di u compressore, l'ingressu di u condensatore è l'uscita di l'evaporatore.Per prevene a vibrazione durante a prova, questi metri sò muntati in pannelli.Per leghje a temperatura di a termocoppia, tutti i fili di u termocoppiu sò cunnessi à un scanner di termocoppia.Dece dispusitivi di misurazione di a temperatura sò stallati à l'entrata di l'evaporatore, l'aspirazione di u compressore, a scarica di u compressore, u compartmentu di u frigorifero è l'ingressu, l'ingressu di u condensatore, u compartimentu di u congelatore è l'uscita di u condensatore.A tensione è u cunsumu di corrente hè ancu infurmatu.Un flowmeter cunnessu à una seccione di pipa hè fissatu nantu à una tavola di lignu.E registrazioni sò salvate ogni 10 seconde cù l'unità Interfaccia Umana Macchina (HMI).U vetru di vista hè utilizatu per verificà l'uniformità di u flussu di condensate.
Un ammetru Selec MFM384 cù una tensione di input di 100-500 V hè stata utilizata per quantificà a putenza è l'energia.Un portu di serviziu di u sistema hè stallatu sopra à u compressore per carica è ricaricà refrigerante.U primu passu hè di drenà l'umidità da u sistema attraversu u portu di serviziu.Per sguassà ogni contaminazione da u sistema, lavate cù nitrogenu.U sistema hè carricu cù una pompa di vacuum, chì evacuate l'unità à una pressione di -30 mmHg.A Tabella 1 elenca e caratteristiche di u rig di prova di u frigorifero domesticu, è a Tabella 2 elenca i valori misurati, è a so gamma è a precisione.
E caratteristiche di i refrigeranti utilizati in i frigorifici domestici è i congelatori sò mostrati in a Tabella 3.
A prova hè stata realizata secondu e raccomandazioni di u Manuale ASHRAE 2010 in e seguenti cundizioni:
Inoltre, in casu, i cuntrolli sò stati fatti per assicurà a riproducibilità di i risultati.Sempre chì e cundizioni di u funziunamentu restanu stabili, a temperatura, a pressione, u flussu di refrigerante è u cunsumu d'energia sò registrati.A temperatura, a pressione, l'energia, u putere è u flussu sò misurati per determinà u rendiment di u sistema.Truvate l'effettu di rinfrescante è l'efficienza per u flussu di massa specificu è u putere à una temperatura data.
Utilizendu CFD per analizà u flussu di dui fasi in una bobina spirale di frigorifero domesticu, l'effettu di a lunghezza capillare pò esse facilmente calculatu.L'analisi CFD facilita a traccia di u muvimentu di particelle fluide.U refrigerante chì passa per l'internu di a spirale hè stata analizata cù u prugramma CFD FLUENT.A Tabella 4 mostra e dimensioni di e bobine capillari.
U simulatore di maglia di u software FLUENT genererà un mudellu di disignu strutturale è una maglia (Figure 2, 3 è 4 mostranu a versione ANSYS Fluent).U voluminu fluidu di a pipa hè utilizatu per creà a rete di cunfini.Questa hè a griglia utilizata per stu studiu.
U mudellu CFD hè statu sviluppatu cù a piattaforma ANSYS FLUENT.Solu l'universu fluidu in muvimentu hè rapprisintatu, cusì u flussu di ogni serpentina capillare hè modellatu in quantu à u diametru di u capillare.
U mudellu GEOMETRIA hè stata impurtata in u prugramma ANSYS MESH.ANSYS scrive codice induve ANSYS hè una cumminazione di mudelli è e cundizioni di cunfini aghjuntu.Nantu à fig.4 mostra u mudellu pipe-3 (3962.4 mm) in ANSYS FLUENT.Elementi tetrahedral furnisce una uniformità più altu, cum'è mostra in Figura 5. Dopu à creà a maglia principale, u schedariu hè salvatu cum'è una maglia.U latu di a bobina hè chjamatu inlet, mentri u latu oppostu face u outlet.Sti facci tondi sò salvati cum'è i mura di a pipa.I media liquidi sò usati per custruisce mudelli.
Indipendentemente da cumu si sente l'utilizatore nantu à a pressione, a suluzione hè stata scelta è l'opzione 3D hè stata scelta.A formula di generazione di energia hè stata attivata.
Quandu u flussu hè cunsideratu caòticu, hè assai non lineale.Dunque, u flussu K-epsilon hè statu sceltu.
Se una alternativa specificata da l'utente hè sceltu, l'ambiente serà: Descrive e proprietà termodinamiche di u refrigerante R152a.L'attributi di forma sò almacenati cum'è oggetti di basa di dati.
E cundizioni climatichi restanu invariate.A velocità di ingressu hè stata determinata, una pressione di 12,5 bar è una temperatura di 45 ° C sò state descritte.
Infine, à a quindicesima iterazione, a suluzione hè pruvata è cunverge à a quindicesima iterazione, cum'è mostra in Figura 7.
Hè un metudu di cartografia è analizà i risultati.Trace i cicli di dati di pressione è temperatura cù Monitor.Dopu quì, a prissioni totali è a temperatura è i paràmetri di a temperatura generale sò determinate.Questa data mostra a caduta di pressione tutale attraversu e bobine (1, 2 è 3) in i figuri 1 è 2. 7, 8 è 9 rispettivamente.Questi risultati sò stati estratti da un prugramma runaway.
Nantu à fig.10 mostra u cambiamentu in l'efficienza per diverse lunghezze di evaporazione è capillari.Comu pò esse vistu, l'efficienza aumenta cù a temperatura di evaporazione crescente.L'efficienze più altu è più bassu sò stati ottenuti quandu si ghjunghjenu capillari span di 3,65 m è 3,96 m.Se a durata di u capillare hè aumentata da una certa quantità, l'efficienza diminuirà.
U cambiamentu di a capacità di rinfrescamentu per i diversi livelli di temperatura di evaporazione è di lunghezza capillare hè mostratu in a fig.11. L'effettu capillari porta à una diminuzione di a capacità di rinfrescamentu.A capacità di rinfrescante minima hè ottenuta à un puntu di ebollizione di -16 ° C.A più grande capacità di rinfrescante hè osservata in capillari cù una lunghezza di circa 3,65 m è una temperatura di -12 ° C.
Nantu à fig.12 mostra a dependenza di a putenza di u compressore nantu à a lunghezza capillare è a temperatura di evaporazione.Inoltre, u graficu mostra chì a putenza diminuisce cù l'aumentu di a lunghezza capillare è a diminuzione di a temperatura di evaporazione.À una temperatura di evaporazione di -16 ° C, una putenza di compressore più bassa hè ottenuta cù una lunghezza capillare di 3,96 m.
I dati sperimentali esistenti sò stati utilizati per verificà i risultati CFD.In questa prova, i paràmetri di input utilizati per a simulazione sperimentale sò applicati à a simulazione CFD.I risultati ottenuti sò paragunati cù u valore di a pressione statica.I risultati ottenuti mostranu chì a pressione statica à a surtita da u capillare hè menu cà à l'entrata di u tubu.I risultati di a prova mostranu chì l'aumentu di a lunghezza di u capillare à un certu limitu riduce a caduta di pressione.Inoltre, a caduta di pressione statica ridutta trà l'ingressu è l'outlet di u capillare aumenta l'efficienza di u sistema di refrigerazione.I risultati CFD ottenuti sò in bonu accordu cù i risultati sperimentali esistenti.I risultati di a prova sò mostrati in i Figures 1 è 2. 13, 14, 15 è 16. Trè capillari di diverse lunghezze sò stati utilizati in stu studiu.E lunghezze di i tubi sò 3,35 m, 3,65 m è 3,96 m.Hè stata osservata chì a caduta di pressione statica trà l'entrata è l'output capillari aumentava quandu a lunghezza di u tubu hè stata cambiata à 3,35 m.Innota ancu chì a pressione di l'outlet in u capillare aumenta cù una dimensione di pipa di 3,35 m.
Inoltre, a caduta di pressione trà l'ingressu è l'outlet di u capillare diminuisce cum'è a dimensione di a pipa aumenta da 3,35 à 3,65 m.Hè statu osservatu chì a prissioni à l'outlet di u capillare hè cascatu bruscamente à l'outlet.Per quessa, l'efficienza aumenta cù questa lunghezza capillare.Inoltre, l'aumentu di a lunghezza di u tubu da 3,65 à 3,96 m riduce dinò a caduta di pressione.Hè statu osservatu chì nantu à sta durata a caduta di pressione scende sottu à u livellu ottimali.Questu reduce u COP di u frigorifero.Dunque, i loops di pressione statica mostranu chì u capillare di 3,65 m furnisce u megliu rendimentu in u frigorifero.Inoltre, un aumentu di a caduta di pressione aumenta u cunsumu d'energia.
Da i risultati di l'esperimentu, si pò vede chì a capacità di rinfrescante di u refrigerante R152a diminuisce cù a lunghezza di u tubu crescente.A prima bobina hà a capacità di rinfrescamentu più altu (-12 ° C) è a terza bobina hà a capacità di rinfrescante più bassa (-16 ° C).L'efficienza massima hè ottenuta à una temperatura di l'evaporatore di -12 ° C è una lunghezza capillare di 3,65 m.A putenza di u compressore diminuisce cù l'aumentu di a lunghezza capillare.La puissance absorbée du compresseur est maximale à une température de l'évaporateur de -12 °C et minimale à -16 °C.Comparare CFD e letture di pressione a valle per a lunghezza capillare.Si pò vede chì a situazione hè a stessa in i dui casi.I risultati mostranu chì a prestazione di u sistema aumenta cum'è a lunghezza di u capillare aumenta à 3,65 m paragunatu à 3,35 m è 3,96 m.Dunque, quandu a lunghezza di u capillare aumenta da una certa quantità, u rendiment di u sistema aumenta.
Ancu s'è l'applicazione di CFD à e centrali termali è elettriche migliurà a nostra cunniscenza di a dinamica è a fisica di l'operazioni di analisi termale, i limitazioni necessitanu u sviluppu di metudi CFD più veloci, più simplici è menu caru.Questu ci aiuterà à ottimisà è cuncepisce l'equipaggiu esistenti.L'avanzati in u software CFD permetterà un disignu automatizatu è ottimisazione, è a creazione di CFD nantu à Internet aumenterà a dispunibilità di a tecnulugia.Tutti questi avanzati aiutanu CFD à diventà un campu maturu è un putente strumentu di ingegneria.Cusì, l'applicazione di CFD in l'ingegneria termica diventerà più larga è più veloce in u futuru.
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Tempu di Postu: 14-Jan-2023