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文 |溪知许a

编辑|溪知许a

前言

纳米制冷剂的定义是为了改善热性能，利用基础制冷剂中尽可能少的纳米颗粒。一种改进的制冷剂术语称为“纳米制冷剂”，将纳米颗粒添加到制冷剂中可以改善系统性能，包括改善流动和池沸腾传热特性以及流动池冷凝传热。

如今纳米制冷剂和纳米润滑剂已成为增强冷却循环性能的重要选择，可以改善摩擦学性能、传热质量特性和制冷剂/油混合物关系。具体而言纳米制冷剂可以提高蒸发和冷凝的传热系数，而纳米润滑剂则可以改善摩擦学特性，从而提高压缩机性能。

在本章中，我们将探讨使用纳米润滑剂和纳米制冷剂改善整体VCR循环性能的机制。我们希望本文能够帮助定义研究中的空白并了解纳米制冷剂和纳米润滑剂在制冷循环中的贡献。

与Al2O3相关的研究

迄今为止，研究人员已开发了各种方法来改善垂直和水平管道内制冷剂的传热特性。向基础制冷剂中添加纳米颗粒是增强制冷剂热特性最有效的方法之一。

有团队将0.1%的质量分数的Al2O3颗粒分散在聚酯油中，报道了2.4%的压缩机工作减少。然后报告了在分散Al2O3纳米颗粒的R141b中，热导率和粘度显著增加。后来根据观察在固定质量通量为100 kg/m2 s的情况下，颗粒体积分数在1%到5%之间，热传递系数和压降分别增加了383%和181%。

另一个团队报告了R134a/Al2O3纳米制冷剂与R113/CuO纳米制冷剂在平滑水平管道内流动时，由于蒸汽质量较高，R134a/Al2O3纳米制冷剂产生了更大的摩擦压降。

有人研究了Alumina-R141b、Cu-R141b、Al-R141b和CuO-R141b在计算机辅助试验装置中以0.1%至0.3%的质量分数在水平管中的流动沸腾传热效果，并报告了与其他混合物相比，Cu-R141b纳米制冷剂具有最高的传热系数。

将1.6%的体积分数的Al2O3分散在R134a/POE混合物流动在一个水平和粗糙的平板表面上，并发现较高体积分数和较低平均直径的纳米颗粒对基础制冷剂的传热特性有更大的正面影响。此外还研究了Al2O3纳米颗粒对R134a/POE混合物在矩形鳍片表面上的沸腾传热特性的影响，并报道了3.6%的纳米颗粒体积分数将沸腾传热性能提高了113%。

如果将Al2O3分散在R141b制冷剂中，研究了热导率和粘度。作者报告称，2%体积分数的R141b/Al2O3纳米制冷剂的粘度和热导率分别比纯制冷剂高179倍和1.626倍。使用0.05%至2%的Al2O3颗粒质量分数与R134a和R12进行了实验，并报道R134a制冷剂替代R12，聚酯油替代矿物油。

另外R134a制冷剂中0.1%质量分数的纳米颗粒减少了2.4%的能量消耗，显著提高了制冷剂的COP。Kumar和Elansezhian实验研究了R134a/Al2O3/PAG混合物对VCR循环整体性能的影响，并观察到能量消耗降低了10.32%。作者指出，在制冷系统中使用纳米颗粒是一种成本效益高的方法，可以提高其COP并减少毛细管管长度。

Subramani和Prakash 观察到使用Al2O3纳米制冷剂的VCR循环能源消耗降低了25%，整体COP提高了33%。循环的冷冻能力也得到了改善。Yusof等人 在聚酯润滑油中分散了0.2%的Al2O3颗粒，并报道了系统COP提高了7%，压缩机能耗降低了2.1%。Cremaschi等人研究发现，氧化铝纳米颗粒并没有改善制冷剂和润滑剂之间的溶解性，而添加纳米颗粒稍微降低了R410a/POE的溶解性。

与CuO相关的研究

Kedzierski和Gong观察到使用0.5%的CuO颗粒质量分数与R134a/RL68H和R134a/POE混合物可以实现50%至275%的热传递改善。此外与R134a/POE混合物相比，R134a/RL68H混合物显示出更高的热传递增强效果。

在后续研究中使用了2%的CuO颗粒体积分数与R134a制冷剂，报道了纳米制冷剂具有更高的热流量。Bartelt等人在水平流动沸腾条件下将0.5-1%的CuO纳米颗粒质量分数分散于R134a/聚酯混合物中，发现了42-82%和50-101%的热传递增强效果，对应于1%和2%的质量分数。

Peng等人将0.1%和0.5%的CuO纳米颗粒质量分数分散于R113制冷剂中，研究了在水平粗糙管内的热传递性能，报道了使用纳米颗粒在基础制冷剂中实现的29.7%的热传递系数。

Henderson等人在水平管内的沸腾流动条件下，报道了将0.5%和0.05%的CuO和SiO2纳米颗粒体积分数分散于R134a和R134a/POE混合物中，热传递性能较低。此外，作者使用了0.02%、0.04%和0.08%的CuO纳米颗粒体积分数与R134a/POE混合物，观察到0.04%和0.08%的纳米颗粒改善了热传递性能，分别提高了52%和76%。

Kedzierski和Gong在聚酯油中分散了0.5%的CuO纳米颗粒质量分数，观察到与基础制冷剂R134a相比，热传递性能提高了275%。随后Bartelt等人对Kedzierski和Gong的实验进行了扩展，观察到2%的CuO纳米颗粒浓度提供了高达101%的改善效果。

Abdel-Hadi等人实验性地发现平均尺寸为25纳米、浓度为0.55%的CuO纳米颗粒是显著提高蒸发换热系数的最佳值。Kumar等人观察到将0.2-1%的CuO纳米颗粒质量分数分散于压缩机润滑油中，压缩机能耗降低了7%，COP提高了46%。此外，作者报道了使用纳米颗粒在基础润滑油中降低了摩擦和磨损。

Peng等人在R113/VG68混合物中使用铜纳米颗粒。观察到与其他50纳米和80纳米颗粒尺寸相比，使用平均尺寸为20纳米的铜纳米颗粒显著提高了热传递性能，提高了23.8%。Akhavan-Behabadi等人发现使用1.5%的CuO纳米颗粒质量分数分散在R600a/聚酯油中，水平管内的冷凝过程的热传递率提高了83%。

二氧化钛

迄今为止，研究人员已经开展了各种方法来改善垂直和水平管道内制冷剂的传热特性。其中，向基础制冷剂中添加纳米颗粒是提高制冷剂热特性最有效的方法之一。

如果将0.1%的Al2O3质量分数分散在聚酯油中，报道了压缩机功耗减少了2.4%。Mahbubul等人在R141b中分散Al2O3纳米颗粒，观察到热导率和粘度显著增加。

此后观察到在固定质量通量为100 kg/m2 s的条件下，粒子体积分数在1%至5%之间时，热传递系数和压降分别增加了383%和181%。Mahbubul等人报道了R134a/Al2O3纳米制冷剂的摩擦压降相比于R113/CuO纳米制冷剂在水平光滑管内的流动时更大，这是由于其具有较高的汽化质量。

研究了Alumina-R141b、Cu-R141b、Al-R141b和CuO-R141b的效果，发现与其他混合物相比，Cu-R141b纳米制冷剂具有最高的传热系数。

Kedzierski将1.6%的体积分数的Al2O3分散在R134a/POE混合物中，并发现体积分数更高且平均直径较小的纳米颗粒对基础制冷剂的传热特性有更明显的正面影响。此外Kedzierski 研究了R134a/POE混合物在矩形翅片表面上的池沸腾特性，发现3.6%的纳米颗粒体积分数可将沸腾传热性能提高113%。Tang等人报告称，使用δ-Al2O3与R141b显著改善了系统中的池沸腾传热系数，但在较高浓度下添加表面活性剂会损害传热过程。

Mahbubul等人将Al2O3分散在R141b制冷剂中，进行了热导率和粘度的研究。作者报道称，在2%体积分数下，R141b/Al2O3纳米制冷剂的粘度和热导率分别比纯制冷剂增加了179倍和1.626倍。

Jwo等人使用0.05%至2%质量分数的Al2O3颗粒分散在R134a和R12中，并报道R134a取代R12，聚酯油取代矿物油后，能耗减少了2.4%，显著改善了冰箱的性能。Kumar和Elansezhian 实验研究了R134a/Al2O3/PAG混合物对VCR循环整体性能的影响，并观察到能耗降低了10.32%。作者指出，在制冷系统中使用纳米颗粒是一种成本效益高的方法，可以改善COP，并减少毛细管管长。

Subramani和Prakash观察到使用Al2O3纳米制冷剂的VCR循环能耗降低了25%，整体COP提高了33%。循环的冷冻能力也得到了改善。Yusof等人将0.2%的Al2O3颗粒分散在聚酯润滑剂中

与碳纳米管（CNTs）和其他纳米颗粒相关的研究

研究人员对碳纳米管和其他纳米颗粒在制冷领域的应用进行了广泛研究。使用R113制冷剂中分散的不同浓度和直径的CNTs进行了热导率实验研究，发现热导率可以提高50%至104%。研究结果表明，1.0%体积分数的CNTs是最佳选择。

Park和Jung使用R123和R134a制冷剂对CNTs进行了核沸腾传热分析。结果表明，在低热流密度下，热传递率有所提高，而在高热流密度下则开始下降。

Peng等人将CNTs分散在R113/油混合物中，热传递系数提高了61%。此外，研究还发现，较长的CNTs和较小的外径可以增加热传递系数。Jiang等人对基于碳纳米管（CNTs）的纳米流体进行了实验研究，并提出了一个改进的Yu-Choi模型，与实验结果的偏差约为5.5%。Henderson等人使用SiO2颗粒分散在聚酯油中，由于纳米润滑剂的分散和稳定性困难，流动沸腾性能降低了55%。然而使用Al2O3/POE纳米润滑剂可以显著改善热传递性能。

此外还有一些研究探讨了其他纳米颗粒的应用。Kumar和Singh使用1.0%重量分数的ZnO纳米颗粒分散在R290/R600a/MO混合物中，发现能耗降低了7.48%，COP提高了48%。Peng等人将金刚石纳米颗粒分散在R113/VG68混合物中，研究核沸腾传热系数，发现在0.05%至0.5%重量分数的纳米颗粒下，热传递系数提高了63.4%。

Kedzierski使用0.5%、1%和2%质量分数的金刚石纳米颗粒分散在R134a中，发现沸腾传热性能提高了98%。Naphon等人研究了钛纳米颗粒对铜热管效率的影响，使用R11作为基础制冷剂，发现0.01%的纳米颗粒分数具有最高效率。Wang等人使用将NiFe2O4纳米颗粒混合到萘基油B32中制成的新型纳米油，作为聚酯VG32的替代品，在整体COP上取得了6%的改善。

所以碳纳米管和其他纳米颗粒在制冷领域的应用具有潜力，可以提高制冷剂的热传递性能和系统的效率。进一步的研究将有助于深入了解纳米颗粒在制冷系统中的作用机制，并推动制冷技术的发展和改进。

结论

在本章中，介绍了有关蒸气压缩制冷循环的热传递特性、可溶性和系统性能的先前研究成果。重点审查了与制冷剂的池沸腾热传递增强和润滑剂的流变行为有关的文献。纳米制冷剂的使用改善了VCR系统的热传递性能，特别是在核沸腾和池沸腾热传递方面。

与其他纳米颗粒相比，碳纳米管可以被认为是提高基础制冷剂热传递性能的最佳选择。随着纳米颗粒尺寸的减小，热传递率增加，而压降减小。 纳米润滑剂在减少磨损率和摩擦方面具有良好的润滑特性，相较于基础润滑剂而言。

TiO2和CuO是在改善压缩机摩擦特性方面最好的纳米颗粒。据报道，应用纳米颗粒于基础制冷剂中可以提高制冷循环的COP和冷冻速度。研究发现，VCR系统参数的改善在很大程度上取决于纳米颗粒的浓度。所以必须定义最佳的颗粒分数以获得更好和稳定的结果。

参考文献

[1] 我国办公建筑用多联机空调系统能耗调研分析. 张国辉;刘万龙;徐秋生;石文星.暖通空调,2018

[2] 机械振动强化吸收式制冷系统实验研究及节能潜力分析. 孙欢;陈萨如拉;申江;杨洋.建筑节能,2018

[3] 吸收式制冷(热泵)循环流程研究进展. 陈光明;石玉琦.制冷学报,2017

[4] 基于R124/DMAC为工质的压缩吸收式制冷系统的性能分析. 贾炯;王辉涛;刘泛函;葛众.化工进展,2017

[5] 新型离子液体-CO_2吸收制冷工质对选择及吸收特性. 武卫东;吴俊;王振;张华.制冷学报,2016