S32205 Duplex 2205 rustfritt stål kjemisk sammensetning Påvirkning av kapillærlengden på egenskapene til det miljøvennlige kjølemediet R152a i husholdningskjøleskap

Takk for at du besøker Nature.com.Du bruker en nettleserversjon med begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I tillegg, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Skyveknapper som viser tre artikler per lysbilde.Bruk tilbake- og neste-knappene for å gå gjennom lysbildene, eller lysbildekontrollknappene på slutten for å gå gjennom hvert lysbilde.

Spesifikasjoner – Duplex 2205

• ASTM: A790, A815, A182
• ASME: SA790, SA815, SA182

Kjemisk sammensetning – Duplex 2205

Typiske bruksområder – Duplex 2205

Noen av de typiske bruksområdene for dupleks stålkvalitet 2205 er oppført nedenfor:

• Varmevekslere, rør og rør for produksjon og håndtering av gass og olje
• Varmevekslere og rør i avsaltingsanlegg
• Trykkbeholdere, rør, tanker og varmevekslere for prosessering og transport av ulike kjemikalier
• Trykkbeholdere, tanker og rør i prosessindustri som håndterer klorider
• Rotorer, vifter, aksler og pressvalser hvor den høye korrosjonsutmattingsstyrken kan utnyttes
• Lastetanker, rør og sveisetilbehør for kjemikalietankere

Fysiske egenskaper

De fysiske egenskapene til rustfritt stål av klasse 2205 er angitt nedenfor.

Hjemmeoppvarming og kjølesystemer bruker ofte kapillære enheter.Bruken av spiralkapillærer eliminerer behovet for lettvektskjøleutstyr i systemet.Kapillærtrykk avhenger i stor grad av parametrene til kapillærgeometrien, som lengde, gjennomsnittlig diameter og avstand mellom dem.Denne artikkelen fokuserer på effekten av kapillærlengde på systemets ytelse.Tre kapillærer av ulik lengde ble brukt i forsøkene.Dataene for R152a ble undersøkt under ulike forhold for å evaluere effekten av ulike lengder.Maksimal effektivitet oppnås ved en fordampertemperatur på -12°C og en kapillærlengde på 3,65 m.Resultatene viser at ytelsen til systemet øker med økende kapillærlengde til 3,65 m sammenlignet med 3,35 m og 3,96 m.Derfor, når lengden på kapillæren øker med en viss mengde, øker ytelsen til systemet.De eksperimentelle resultatene ble sammenlignet med resultatene av computational fluid dynamics (CFD)-analyse.
Et kjøleskap er et kjøleapparat som inkluderer et isolert rom, og et kjølesystem er et system som skaper en kjøleeffekt i et isolert rom.Avkjøling er definert som prosessen med å fjerne varme fra ett rom eller stoff og overføre den varmen til et annet rom eller stoff.Kjøleskap er nå mye brukt til å lagre mat som blir ødelagt ved omgivelsestemperaturer, ødeleggelse fra bakterievekst og andre prosesser er mye tregere i lavtemperaturkjøleskap.Kjølemedier er arbeidsvæsker som brukes som kjøleribber eller kjølemedier i kjøleprosesser.Kjølemedier samler opp varme ved å fordampe ved lav temperatur og trykk og deretter kondensere ved høyere temperatur og trykk, og frigjøre varme.Rommet ser ut til å bli kjøligere ettersom varmen slipper ut av fryseren.Avkjølingsprosessen foregår i et system som består av en kompressor, kondensator, kapillarrør og en fordamper.Kjøleskap er kjøleutstyret som brukes i denne studien.Kjøleskap er mye brukt over hele verden, og dette apparatet har blitt en husholdningsnødvendighet.Moderne kjøleskap er svært effektive i drift, men forskning for å forbedre systemet pågår fortsatt.Den største ulempen med R134a er at den ikke er kjent for å være giftig, men har et veldig høyt globalt oppvarmingspotensial (GWP).R134a for husholdningskjøleskap er inkludert i Kyoto-protokollen til FNs rammekonvensjon om klimaendringer1,2.Imidlertid bør bruken av R134a reduseres betydelig3.Fra et miljømessig, økonomisk og helsemessig synspunkt er det viktig å finne lav global oppvarming4 kuldemedier.Flere studier har bevist at R152a er et miljøvennlig kuldemedium.Mohanraj et al.5 undersøkte den teoretiske muligheten for å bruke R152a og hydrokarbonkjølemedier i husholdningskjøleskap.Hydrokarboner har vist seg å være ineffektive som frittstående kjølemedier.R152a er mer energieffektiv og miljøvennlig enn utfasende kjølemedier.Bolaji og andre6.Ytelsen til tre miljøvennlige HFC-kjølemedier ble sammenlignet i et dampkompresjonskjøleskap.De konkluderte med at R152a kunne brukes i dampkompresjonssystemer og kunne erstatte R134a.R32 har ulemper som høy spenning og lav ytelseskoeffisient (COP).Bolaji et al.7 testet R152a og R32 som erstatning for R134a i husholdningskjøleskap.I følge studier er den gjennomsnittlige effektiviteten til R152a 4,7 % høyere enn for R134a.Cabello et al.testet R152a og R134a i kjøleutstyr med hermetiske kompressorer.8. Bolaji et al9 testet R152a kjølemiddel i kjølesystemer.De konkluderte med at R152a var den mest energieffektive, med 10,6 % mindre kjølekapasitet per tonn enn den forrige R134a.R152a viser høyere volumetrisk kjølekapasitet og effektivitet.Chavkhan et al.10 analyserte egenskapene til R134a og R152a.I en studie av to kjølemedier ble R152a funnet å være den mest energieffektive.R152a er 3,769 % mer effektiv enn R134a og kan brukes som en direkte erstatning.Bolaji et al.11 har undersøkt ulike kjølemedier med lav GWP som erstatning for R134a i kjølesystemer på grunn av deres lavere globale oppvarmingspotensial.Blant de evaluerte kjølemidlene har R152a den høyeste energiytelsen, og reduserer strømforbruket per tonn kjøling med 30,5 % sammenlignet med R134a.Ifølge forfatterne må R161 redesignes fullstendig før den kan brukes som erstatning.Ulike eksperimentelt arbeid har blitt utført av mange innenlandske kjøleforskere for å forbedre ytelsen til lav-GWP og R134a-blandet kjølemiddelsystemer som en kommende erstatning i kjølesystemer12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 studerte ytelsen til flere miljøvennlige kjølemedier og deres kombinasjon med R134a som et potensielt alternativ for ulike dampkompresjonstester.System.Tiwari et al.36 brukte eksperimenter og CFD-analyse for å sammenligne ytelsen til kapillærrør med forskjellige kjølemedier og rørdiametre.Bruk ANSYS CFX-programvare for analyse.Det beste spiralspoledesignet anbefales.Punia et al.16 undersøkte effekten av kapillærlengde, diameter og spiraldiameter på massestrømmen av LPG-kjølemiddel gjennom en spiralspiral.I følge resultatene av studien kan justering av lengden på kapillæren i området fra 4,5 til 2,5 m øke massestrømmen med gjennomsnittlig 25%.Söylemez et al.16 utførte en CFD-analyse av et friskhetsrom i et husholdningskjøleskap (DR) ved bruk av tre forskjellige turbulente (viskøse) modeller for å få innsikt i kjølehastigheten til friskhetsrommet og temperaturfordelingen i luft og rom under lasting.Prognosene til den utviklede CFD-modellen illustrerer tydelig luftstrømmen og temperaturfeltene inne i FFC.
Denne artikkelen diskuterer resultatene av en pilotstudie for å bestemme ytelsen til husholdningskjøleskap som bruker R152a-kjølemiddel, som er miljøvennlig og har ingen risiko for ozonnedbrytningspotensial (ODP).
I denne studien ble 3,35 m, 3,65 m og 3,96 m kapillærer valgt som teststeder.Det ble deretter utført eksperimenter med lavt global oppvarming R152a kjølemiddel og driftsparametere ble beregnet.Oppførselen til kjølemediet i kapillæren ble også analysert ved hjelp av CFD-programvaren.CFD-resultatene ble sammenlignet med de eksperimentelle resultatene.
Som vist i figur 1, kan du se et fotografi av et 185 liters husholdningskjøleskap brukt til studien.Den består av en fordamper, en hermetisk stempelkompressor og en luftkjølt kondensator.Fire trykkmålere er installert ved kompressorinnløpet, kondensatorinntaket og fordamperens utløp.For å forhindre vibrasjon under testing er disse målerne panelmontert.For å lese av termoelementtemperaturen er alle termoelementtråder koblet til en termoelementskanner.Ti temperaturmåleenheter er installert ved fordamperens innløp, kompressorsug, kompressorutløp, kjøleseksjon og innløp, kondensatorinntak, fryserom og kondensatoruttak.Spennings- og strømforbruket er også rapportert.En strømningsmåler koblet til en rørseksjon er festet på en treplate.Opptakene lagres hvert 10. sekund ved hjelp av Human Machine Interface (HMI)-enheten.Skueglasset brukes til å kontrollere jevnheten til kondensatstrømmen.
Et Selec MFM384 amperemeter med en inngangsspenning på 100–500 V ble brukt til å kvantifisere kraft og energi.En systemserviceport er installert på toppen av kompressoren for fylling og etterfylling av kjølemedium.Det første trinnet er å drenere fuktigheten fra systemet gjennom serviceporten.For å fjerne eventuell forurensning fra systemet, skyll det med nitrogen.Systemet lades ved hjelp av en vakuumpumpe, som evakuerer enheten til et trykk på -30 mmHg.Tabell 1 viser egenskapene til testriggen for husholdningskjøleskap, og Tabell 2 viser de målte verdiene, samt deres rekkevidde og nøyaktighet.
Kjennetegn på kjølemedier som brukes i husholdningskjøleskap og -frysere er vist i tabell 3.
Testingen ble utført i henhold til anbefalingene i ASHRAE-håndboken 2010 under følgende forhold:
I tillegg ble det for sikkerhets skyld utført kontroller for å sikre reproduserbarheten av resultatene.Så lenge driftsforholdene holder seg stabile, registreres temperatur, trykk, kjølemiddelstrøm og energiforbruk.Temperatur, trykk, energi, kraft og strømning måles for å bestemme systemytelsen.Finn kjøleeffekten og effektiviteten for spesifikk massestrøm og effekt ved en gitt temperatur.
Ved å bruke CFD til å analysere to-fase strømning i en spiralspole for et husholdningskjøleskap, kan effekten av kapillærlengden enkelt beregnes.CFD-analyse gjør det enkelt å spore bevegelsen til væskepartikler.Kuldemediet som passerte gjennom det indre av spiralspiralen ble analysert ved hjelp av CFD FLUENT-programmet.Tabell 4 viser dimensjonene til kapillærspolene.
FLUENT-programvarens mesh-simulator vil generere en strukturell designmodell og mesh (figur 2, 3 og 4 viser ANSYS Fluent-versjonen).Væskevolumet til røret brukes til å lage grensenettet.Dette er rutenettet som brukes for denne studien.
CFD-modellen ble utviklet ved å bruke ANSYS FLUENT-plattformen.Bare det bevegelige væskeuniverset er representert, så strømmen til hver kapillærserpentin er modellert i form av diameteren til kapillæren.
GEOMETRY-modellen ble importert til ANSYS MESH-programmet.ANSYS skriver kode der ANSYS er en kombinasjon av modeller og tilføyde randbetingelser.På fig.4 viser pipe-3 (3962,4 mm) modellen i ANSYS FLUENT.Tetraedriske elementer gir høyere ensartethet, som vist i figur 5. Etter å ha opprettet hovednettet, lagres filen som et nett.Siden av spolen kalles innløpet, mens den motsatte siden vender mot utløpet.Disse runde flatene lagres som rørets vegger.Flytende medier brukes til å bygge modeller.
Uansett hvordan brukeren føler for press, ble løsningen valgt og 3D-alternativet ble valgt.Kraftgenereringsformelen er aktivert.
Når flyten anses som kaotisk, er den svært ikke-lineær.Derfor ble K-epsilon-strømmen valgt.
Hvis et brukerspesifisert alternativ velges, vil miljøet være: Beskriver de termodynamiske egenskapene til R152a kuldemediet.Skjemaattributter lagres som databaseobjekter.
Værforholdene forblir uendret.En innløpshastighet ble bestemt, et trykk på 12,5 bar og en temperatur på 45 °C ble beskrevet.
Til slutt, ved den femtende iterasjonen, testes løsningen og konvergerer ved den femtende iterasjonen, som vist i figur 7.
Det er en metode for å kartlegge og analysere resultater.Plott trykk- og temperaturdataløkker ved hjelp av Monitor.Deretter bestemmes det totale trykket og temperaturen og de generelle temperaturparametrene.Disse dataene viser det totale trykkfallet over spolene (1, 2 og 3) i figurene 1 og 2, henholdsvis 7, 8 og 9.Disse resultatene ble hentet fra et løpsk program.
På fig.10 viser endringen i effektivitet for forskjellige lengder av fordampning og kapillær.Som man kan se, øker effektiviteten med økende fordampningstemperatur.Den høyeste og laveste effektiviteten ble oppnådd når man nådde kapillærspenn på 3,65 m og 3,96 m.Hvis lengden på kapillæren økes med en viss mengde, vil effektiviteten avta.
Endringen i kjølekapasitet på grunn av forskjellige nivåer av fordampningstemperatur og kapillærlengde er vist i fig.11. Kapillæreffekten fører til en nedgang i kjølekapasiteten.Minimum kjølekapasitet oppnås ved et kokepunkt på -16°C.Den største kjølekapasiteten observeres i kapillærer med en lengde på ca. 3,65 m og en temperatur på -12°C.
På fig.12 viser avhengigheten av kompressoreffekten av kapillærlengden og fordampningstemperaturen.I tillegg viser grafen at effekten avtar med økende kapillærlengde og synkende fordampningstemperatur.Ved en fordampningstemperatur på -16 °C oppnås en lavere kompressoreffekt med en kapillærlengde på 3,96 m.
Eksisterende eksperimentelle data ble brukt til å verifisere CFD-resultatene.I denne testen blir inngangsparametrene som brukes for den eksperimentelle simuleringen brukt på CFD-simuleringen.De oppnådde resultatene sammenlignes med verdien av statisk trykk.De oppnådde resultatene viser at det statiske trykket ved utgangen fra kapillæren er mindre enn ved inngangen til røret.Testresultatene viser at å øke lengden på kapillæren til en viss grense reduserer trykkfallet.I tillegg øker det reduserte statiske trykkfallet mellom innløpet og utløpet av kapillæren effektiviteten til kjølesystemet.De oppnådde CFD-resultatene stemmer godt overens med de eksisterende eksperimentelle resultatene.Testresultatene er vist i figur 1 og 2. 13, 14, 15 og 16. Tre kapillærer med forskjellig lengde ble brukt i denne studien.Rørlengdene er 3,35m, 3,65m og 3,96m.Det ble observert at det statiske trykkfallet mellom kapillærinnløpet og -utløpet økte når rørlengden ble endret til 3,35m.Merk også at utløpstrykket i kapillæren øker med en rørstørrelse på 3,35 m.
I tillegg avtar trykkfallet mellom innløp og utløp av kapillæren ettersom rørstørrelsen øker fra 3,35 til 3,65 m.Det ble observert at trykket ved utløpet av kapillæren falt kraftig ved utløpet.Av denne grunn øker effektiviteten med denne kapillærlengden.I tillegg reduseres trykkfallet igjen ved å øke rørlengden fra 3,65 til 3,96 m.Det har blitt observert at over denne lengden synker trykkfallet under det optimale nivået.Dette reduserer COP i kjøleskapet.Derfor viser de statiske trykksløyfene at kapillæren på 3,65 m gir best ytelse i kjøleskapet.I tillegg øker et økt trykkfall energiforbruket.
Fra resultatene av forsøket kan man se at kjølekapasiteten til R152a-kjølemediet avtar med økende rørlengde.Den første spolen har den høyeste kjølekapasiteten (-12°C) og den tredje spolen har den laveste kjølekapasiteten (-16°C).Maksimal effektivitet oppnås ved en fordampertemperatur på -12 °C og en kapillærlengde på 3,65 m.Kompressoreffekten avtar med økende kapillærlengde.Kompressorens effekttilførsel er maksimal ved en fordampertemperatur på -12 °C og minimum ved -16 °C.Sammenlign CFD og nedstrøms trykkavlesninger for kapillærlengde.Man kan se at situasjonen er den samme i begge tilfeller.Resultatene viser at ytelsen til systemet øker når lengden på kapillæren øker til 3,65 m sammenlignet med 3,35 m og 3,96 m.Derfor, når lengden på kapillæren øker med en viss mengde, øker ytelsen til systemet.
Selv om bruken av CFD til termisk industri og kraftverk vil forbedre vår forståelse av dynamikken og fysikken i termiske analyseoperasjoner, krever begrensninger utvikling av raskere, enklere og rimeligere CFD-metoder.Dette vil hjelpe oss med å optimalisere og designe eksisterende utstyr.Fremskritt innen CFD-programvare vil tillate automatisert design og optimalisering, og opprettelsen av CFD-er over Internett vil øke tilgjengeligheten til teknologien.Alle disse fremskrittene vil hjelpe CFD til å bli et modent felt og et kraftig ingeniørverktøy.Dermed vil anvendelsen av CFD i varmeteknikk bli bredere og raskere i fremtiden.
Tasi, WT miljøfarer og hydrofluorkarbon (HFC) eksponering og eksplosjonsrisiko gjennomgang.J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Global oppvarming på grunn av HFK.Onsdag.Konsekvensutredning.åpent 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S og Muralidharan S. Sammenlignende evaluering av miljøvennlige alternativer til R134a-kjølemediet i husholdningskjøleskap.energieffektivitet.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA og Falade, Sammenlignende ytelsesanalyse av tre ozonvennlige HFC-kjølemidler i dampkompresjonskjøleskap.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Eksperimentell studie av R152a og R32 som erstatning for R134a i husholdningskjøleskap.Energi 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. og Torrella E. Eksperimentell sammenligning av R152a og R134a kjølemedier i kjøleenheter utstyrt med hermetiske kompressorer.innvendig J. Kjøleskap.60, 92-105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. og Borokhinni FO Energieffektivisering av miljøvennlige kjølemedier R152a og R600a som erstatning for R134a i dampkompresjonskjølesystemer.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP og Mahajan, PS Eksperimentell evaluering av effektiviteten til R152a som erstatning for R134a i dampkompresjonskjølesystemer.indre J. Forsvarsdepartementet.prosjekt.oppbevaringstank.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO og Huang, Z. En studie om effektiviteten av noen lavglobal oppvarming av hydrofluorkarbonkjølemedier som erstatning for R134a i kjølesystemer.J. Ing.Termisk fysiker.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. og Bala PK Energianalyse av HFC-152a, HFO-1234yf og HFC/HFO-blandinger som direkte erstatninger for HFC-134a i husholdningskjøleskap.Strojnicky Casopis J. Mech.prosjekt.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. og Chandrasekaran, P. CFD-analyse av naturlig konvektiv varmeoverføring i stasjonære husholdningskjøleskap.IOP økt.TV-serien Alma mater.vitenskapen.prosjekt.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A., og Maiorino, A. HFO og dens binære blanding med HFC134a som kjølemiddel i husholdningskjøleskap: energianalyse og miljøkonsekvensvurdering.Påfør temperatur.prosjekt.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. og Zeng, W. Utskifting og optimalisering av kjølemiddel under begrensninger for reduksjon av klimagassutslipp.J. Pure.produkt.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., og Hartomagioglu S. Forutsi kjøletiden til husholdningskjøleskap med et termoelektrisk kjølesystem ved hjelp av CFD-analyse.innvendig J. Kjøleskap.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB og Chahuachi, B. Eksperimentell og numerisk analyse av spiralformede spolevarmevekslere for husholdningskjøleskap og vannoppvarming.innvendig J. Kjøleskap.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., ​​​​Calleja-Anta D., Llopis R. og Cabello R. Evaluering av energipåvirkningen av forskjellige alternativer til lav-GWP R134a kjølemiddel i drikkevarekjølere.Eksperimentell analyse og optimalisering av rene kuldemedier R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a og R744.energiomdannelse.få til.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA et al.En casestudie av eksperimentell og statistisk analyse av energiforbruket til husholdningskjøleskap.aktuell forskning.temperatur.prosjekt.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. og Hartomagioglu S. Numerisk (CFD) og eksperimentell analyse av et hybridhusholdningskjøleskap som inneholder termoelektriske og dampkompresjonskjølesystemer.innvendig J. Kjøleskap.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a som et alternativt kjølemedium til R-134a i husholdningskjøleskap: En eksperimentell analyse.innvendig J. Kjøleskap.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. og Masselli C. Blanding av HFC134a og HFO1234ze i husholdningskjøleskap.intern J. Hot.vitenskapen.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. og Koshy Matthews, P. Sammenligning av ytelsen til dampkompresjonskjølesystemer ved bruk av miljøvennlige kjølemedier med lavt globalt oppvarmingspotensial.intern J. Science.oppbevaringstank.utgivelse.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. og Cauchy-Matthews, P. Termisk analyse av dampkompresjonskjølesystemer ved bruk av R152a og dets blandinger R429A, R430A, R431A og R435A.intern J. Science.prosjekt.oppbevaringstank.3(10), 1-8 (2012).