【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制冷，具体涉及一种五元混合工质及配比确定方法。
技术介绍
1、近年来，随着社会的进步和科技的发展，越来越多的领域如航空航天、低温医疗、冷冻干燥和电工电子等对于不同温度低温环境的需求不断增加。对于-40℃～-80℃制冷温区，双级压缩制冷循环和复叠式制冷循环被广泛使用，导致设备成本高、系统结构复杂和多部件匹配不良等问题。然而，针对该制冷温区，多元混合工质节流制冷技术能够满足制冷温度需求，在近年来迅速发展。多元混合工质节流制冷技术具有系统结构简单、成本低和制冷温区宽等优点。
2、针对-40℃～-80℃的制冷温区，目前广泛采用的混合工质多为二元或者三元混合物，三元以上的混合物制冷剂研究相对较少。采用多元混合工质可以充分发挥不同组元在不同温区的制冷效应，提高系统热力学匹配和整体性能。同时，多元非共沸混合工质节流制冷系统在加快降温速度和获得更低制冷温度方面优势显著，这使得使用多元混合工质的制冷系统在温变试验等对降温速度变化有特殊需求的设备中具有巨大的应用潜力。快速温变试验箱是一种为被测试对象提供高温和低温环境的工业设备，主要用于仪器仪表和机械零部件的老化、热胀冷缩等性能测试，根据测试需求，快速温变试验箱需要为被测试对象提供不同的制冷温度和降温速度，应用非常广泛。
3、目前市场上的快速温变试验箱一般采用两级复叠制冷循环系统，受限于低温级循环制冷工质的制冷能力，系统在-40℃以下的降温速度较慢。为了提高快速温变试验箱在-40℃以下制冷温度的降温速度，可以使用多元非共沸混合工质节流制冷系统，但由于多元工质热物
4、多元非共沸混合工质节流制冷循环系统进行高效工作的核心机制在于，系统采用多元强非共沸混合工质，可以实现大温跨范围内的高效制冷，并且由于非共沸混合工质的相变温度滑移特性，系统中回热器内具有更加有效的回热换热。多元非共沸混合工质节流制冷技术是一种能够满足从液氮温度(-196℃)到单级蒸气压缩制冷循环的有效工作温度下限(-40℃)的高效制冷技术，其制冷系统的部件组成可以采用普冷领域已经成熟的产品进行集成，提高了系统可靠性，大大降低了成本。
5、公茂琼和吴剑峰总结了中国科学院理化技术研究所关于混合工质节流制冷技术在多方面的研究成果，包括工质选择、换热器特性、循环优化、变浓度特性、深冷和天然气液化等，非共沸混合工质节流制冷技术可以覆盖超低温温区需求和普冷温区需求。
6、陈旗和刘国强等人总结了近年来混合工质在冰箱领域的应用和研究现状，针对未来制冷剂向自然工质转变的趋势，总结了非共沸混合工质未来在冰箱领域的主要研究方向，对促进冰箱领域的混合工质节流制冷技术革新具有参考价值。
7、王勤和陈光明提出了在混合工质节流制冷循环优化设计中应当遵循的三条优化原则，分别从循环设计参数优化、优化约束条件和优化设计变量三个方面进行总结，并针对实际制冷系统进行了定运行压比优化分析和实验验证。
8、parmar和atrey对应用于50k制冷温区的混合工质节流制冷系统进行研究，提出了三种不同的循环结构，分别具有不同数量的气液分离器和热交换器，制冷工质选用氖、氮气、甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷，结果表明，单级压缩一次节流制冷循环无法达到50k制冷温区，必须使用多级分凝节流制冷循环系统，而多级分凝在为系统提供低温制冷能力的同时也增加了系统的不可靠性。
9、gong和wu等人使用不同组成的混合工质制冷剂对自复叠制冷循环和一次节流制冷循环进行了对比研究，结果表明，对于混合工质节流制冷系统，制冷剂的组成和配比是最关键的一个参数，通过调整制冷剂组成和配比可以使各部件获得较好的换热和流动特性，对于理想循环，回热过程对于系统制冷性能具有关键影响，当选用最佳制冷剂组成时，自复叠制冷循环和一次节流制冷循环可以获得基本接近的制冷性能表现。
10、pawel和maciej等人设计了一种单级压缩制冷循环系统用于获取90k以下温区的制冷温度，系统选用氮气和碳氢类制冷工质混合物作为制冷剂，使系统压比可以适配一般商用压缩机，对不同混合制冷剂不同配比下制冷系统的性能进行对比分析，结果表明，制冷系统相对稳定可靠，且热效率可与成熟商用冷却器相当。
11、lee等人对空调用商用涡旋压缩机应用于混合工质一次节流制冷系统中的排气过热问题进行研究，在系统中引入一个压缩机水冷系统和高温高压排气部分旁通措施来防止压缩机排气过热，结果表明，系统在121k制冷温度下运行稳定，为一般商用涡旋压缩机应用于混合工质节流制冷系统中提供了参考价值。
12、gong和wu等人利用两套混合工质单级压缩回热节流制冷循环组合，获得了75.5k的最低空载温度，并根据该循环建立实验样机，高温循环采用四元混合工质，低温循环采用五元混合工质，在80l的容积内实现了最低81k的制冷温度，该样机同时具备快速降温能力，在2.5h即达到-180℃的制冷温度。
13、潘垚池和刘金平等人在混合工质节流制冷循环系统中增加膨胀罐控制系统用于解决压缩机排气温度和压力过高的问题，结果表明，膨胀罐的引入提高了系统的降温速度，减小了压缩机的总耗功，同时也能够有效降低压缩机排气温度和排气压力。
14、chen和zhou等人在传统混合工质单级压缩回热节流制冷循环系统的基础上提出了一种新的节流制冷循环，循环中增加两个气液分离器，充分利用混合工质在气相和液相中高、低沸点工质浓度不一样的特性，理论分析表明，当r290/r170应用在该系统时，新型节流制冷系统的cop提高了12.7％，效率提高了20％。
15、多元非共沸混合工质的相变温度滑移特性使得其具有更宽的相变温区应对热容量的改变，可以实现更好的高低压热当量匹配，因此混合工质节流制冷循环系统中的回热过程固有损失减少，回热效果更加高效，有部分研究者重点针对混合工质节流制冷循环系统中的回热器展开研究。
16、gong和luo等人研究了针对混合工质j-t制冷循环系统中混合工质制冷剂配比对逆流换热器内制冷剂温度分布的影响进行研究，结果表明，逆流换热器中制冷剂温度夹点的位置由制冷剂配比决定，夹点会出现在混合制冷剂中某一较低质量分数的组分的相应沸点范围内，通过优化混合工质的配比可以获得逆流换热器中较为理想的温度分布。
17、jin和zhang的研究指出，当非共沸混合工质在逆流换热器中的换热温差较小时，循环更加接近洛伦兹循环且制冷剂的温度滑移具有更好的匹配性，其研究还指出，当混合工质的温度和焓之间的关联更接近线性关系时，混合工质在逆流换热器中一般具有更小的换热温差。
18、张存泉和徐烈等人对混合工质浓度对混合工质j-t制冷机中换热器温度分布的影响进行实验研究，结果发现，混合工质组元浓度是影响制冷系统中换热器的换热和流动一个关键因素，混合工质中低沸点工质较多，则换热器的小温差换热段位于换热器冷端，高沸点工质较多，则小温差换热段位于换热器热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，对所建立的热力学模型作如下假设：
3.根据权利要求1或2所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，采用遗传算法以获得最优制冷性能系数COP为目标参数对混合工质配比进行优化计算过程中，将冷凝温度、蒸发温度作为给定输入参数，以及将冷凝压力和压缩机压比作为优化变量。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，通过遗传算法针对系统最大COP寻优的基本算法如下：
5.根据权利要求4所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，遗传算法计算参数中种群数为1000，进化代数为100，交叉因子为0.75，变异因子为0.15，迭代容止误差为1e-6。
6.根据权利要求4或5所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，以最优制冷性能系数COP为目标的最优化问题由如下数学表达式描述：
7.一种五元混合工质，其特征在于，其配比由权利要求1～6任一项所述方法所确定。
...【技术特征摘要】
1.一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，对所建立的热力学模型作如下假设：
3.根据权利要求1或2所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特征在于，采用遗传算法以获得最优制冷性能系数cop为目标参数对混合工质配比进行优化计算过程中，将冷凝温度、蒸发温度作为给定输入参数，以及将冷凝压力和压缩机压比作为优化变量。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种五元混合工质配比确定方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪静，
申请(专利权)人：武汉克莱美特环境设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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