冷柜、冰箱等設備維持在低溫環(huán)境下運行,需要消耗大量電能產生持續(xù)冷量來抵消熱濕負荷,其中濕空氣滲透帶來的熱濕負荷占據(jù)著主要部分。為了降低冷凍空間能耗,最直接的措施就是減小濕空氣滲透。濕空氣滲透主要受到濕度、壓力、溫度滲透推動勢以及滲透路徑的影響;因此,為了減少濕空氣滲透,實現(xiàn)冷凍空間能耗降低的優(yōu)化設計目標,需要明確冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透特性。本文設計并搭建了冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透速率測試實驗裝置,實驗測試了冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透特性的變化規(guī)律,通過表面形貌觀測和理論研究分析了軟硬吸合面滲透路徑尺度滲透流動類型,建立了濕空氣中水分滲透速率預測模型和濕空氣中空氣滲透速率預測模型。主要研究內容及結果如下:1)提出了基于空氣泄漏測試流量法和水蒸氣滲透干法測試原理的冷凍空間門封軟硬吸合面空氣滲透特性測試方法,搭建了冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透速率測試實驗臺,可實現(xiàn)不同壓力、溫度、濕度等滲透勢下的濕空氣中水分和空氣滲透速率測試。實驗裝置濕空氣滲透速率測量的最大誤差為16.7%。2)通過儀器觀測得到了軟硬吸合面表面形貌,結合材料彈性變形理論計算得到接觸應力影響下表面形變結果,揭示了冷凍空間門封吸合面處的微觀縫隙尺度為10~(-5)m量級;3)通過濕空氣中水分滲透速率測試實驗,研究了水分滲透速率隨水分分壓差的變化規(guī)律,結果表明,在只有濕度滲透勢作用時,冷凍空間門封吸合面處的濕空氣中水分滲透速率隨濕空氣中水分分壓差增大而增大,兩者變化規(guī)律呈線性,可用Darcy滲透定律進行描述。通過冷凍空間軟硬吸合面水分滲透的理論分析發(fā)現(xiàn),基于Darcy線性定律,結合實驗數(shù)據(jù)擬合滲透系數(shù),可建立典型冷柜的滲透速率模型預測模型;對比滲透速率模型預測值與實驗測試值,最大誤差小于15%;4)通過濕空氣中空氣滲透速率測試的實驗,研究空氣滲透速率隨壓力差及溫度的變化規(guī)律,研究結果表明,在存在溫度和壓力耦合滲透勢時,冷凍空間門封吸合面處的空氣滲透速率隨溫度升高而增大;冷凍空間門封吸合面處的空氣滲透速率隨壓差增大而增大,且增大的速率越來越快,兩者關系呈非線性。通過多孔介質滲透流動理論對冷凍空間門封空氣滲透進行理論分析發(fā)現(xiàn),冷凍空間門封吸合面處的空氣滲透速率隨壓差的變化規(guī)律符合Darcy-Forchheimer非線性規(guī)律。結合實驗數(shù)據(jù)擬合滲透特性系數(shù),建立典型冷柜的濕空氣中空氣滲透速率模型預測模型;對比模型預測值與實驗測試值,最大誤差小于8%。研究結果為冷凍空間門封優(yōu)化設計提供必需的基礎模型,并豐富間隙濕空氣滲透理論。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB657
【部分圖文】：

圖 2-6 保壓試驗冷柜內外壓差隨時間變化曲線igure.2-6 Refrigerator pressure difference—time curve of pressure 2 小時內，內外空氣壓差變化平緩，空氣泄漏的平均本文測試的所有的工況中，空氣泄漏量最少也有 100m對的門封處的泄漏量，可忽略不計測試裝置中其他部吸合面微觀形貌觀測方法合面濕空氣滲透速率與軟硬吸合面間的滲透路徑尺度間的滲透路徑尺度，需要對門封軟硬吸合面的微觀形合面為軟質橡膠和硬質金屬接觸面，兩者接觸時無法觀測。在冷柜門封處獲取軟質橡膠和硬質金屬樣品，質金屬為鐵皮，樣品實物圖如圖 2-7 所示。

圖 2-7 門封軟硬吸合面觀測樣品實物圖Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface測門封軟硬吸合面采用的儀器為真彩色共聚焦掃描顯微鏡粗糙表面固有三維微觀形貌。真彩色共聚焦掃描顯微鏡型00, 實驗儀器如圖 2-8 所示。測時，將構成門封的軟質橡膠和硬質金屬樣品分別放置在鏡上進行觀測，獲得各自整個表面的微凸體形貌特征參數(shù)體高度分布規(guī)律。

圖 2-7 門封軟硬吸合面觀測樣品實物圖Fig.2-7 Test sample of seals soft and hard surface門封軟硬吸合面采用的儀器為真彩色共聚焦掃描顯微鏡糙表面固有三維微觀形貌。真彩色共聚焦掃描顯微鏡型0, 實驗儀器如圖 2-8 所示。時，將構成門封的軟質橡膠和硬質金屬樣品分別放置在上進行觀測，獲得各自整個表面的微凸體形貌特征參數(shù)高度分布規(guī)律。
【參考文獻】

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本文編號：2871381