冷柜、冰箱等設(shè)備維持在低溫環(huán)境下運(yùn)行,需要消耗大量電能產(chǎn)生持續(xù)冷量來抵消熱濕負(fù)荷,其中濕空氣滲透帶來的熱濕負(fù)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(shí)現(xiàn)冷凍空間能耗降低的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),需要明確冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透特性。本文設(shè)計(jì)并搭建了冷凍空間軟硬吸合面濕空氣滲透速率測試實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)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(yù)測模型和濕空氣中空氣滲透速率預(yù)測模型。主要研究內(nèi)容及結(jié)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(shí)驗(yàn)臺,可實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jié)合材料彈性變形理論計(jì)算得到接觸應(yīng)力影響下表面形變結(jié)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(shí)驗(yàn),研究了水分滲透速率隨水分分壓差的變化規(guī)律,結(jié)果表明,在只有濕度滲透勢作用時(shí),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(jìn)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(jié)合實(shí)驗(yàn)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(yù)測模型;對比滲透速率模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn),研究空氣滲透速率隨壓力差及溫度的變化規(guī)律,研究結(jié)果表明,在存在溫度和壓力耦合滲透勢時(shí),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(guān)系呈非線性。通過多孔介質(zhì)滲透流動理論對冷凍空間門封空氣滲透進(jìn)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(jié)合實(shí)驗(yàn)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(yù)測模型;對比模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)測試值,最大誤差小于8%。研究結(jié)果為冷凍空間門封優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必需的基礎(chǔ)模型,并豐富間隙濕空氣滲透理論。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB657
【部分圖文】：

圖 2-6 保壓試驗(yàn)冷柜內(nèi)外壓差隨時(shí)間變化曲線igure.2-6 Refrigerator pressure difference—time curve of pressure 2 小時(shí)內(nèi)，內(nèi)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(jì)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(zhì)橡膠和硬質(zhì)金屬接觸面，兩者接觸時(shí)無法觀測。在冷柜門封處獲取軟質(zhì)橡膠和硬質(zhì)金屬樣品，質(zhì)金屬為鐵皮，樣品實(shí)物圖如圖 2-7 所示。

圖 2-7 門封軟硬吸合面觀測樣品實(shí)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(shí)驗(yàn)儀器如圖 2-8 所示。測時(shí)，將構(gòu)成門封的軟質(zhì)橡膠和硬質(zhì)金屬樣品分別放置在鏡上進(jìn)行觀測，獲得各自整個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)儀器如圖 2-8 所示。時(shí)，將構(gòu)成門封的軟質(zhì)橡膠和硬質(zhì)金屬樣品分別放置在上進(jìn)行觀測，獲得各自整個(gè)表面的微凸體形貌特征參數(shù)高度分布規(guī)律。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2871381