配备内部换热器的制冷系统中三种不同纳米颗粒基混合纳润滑剂的对比能量与?分析研究

《Journal of the Indian Chemical Society》：Comparative Energy and Exergy Investigation of Three Different Nanoparticle-Based Hybrid Nanolubricants in Internal Heat Exchanger-Equipped Refrigeration System

　　

摘要

本研究全面探讨了低全球变暖潜值(GWP)制冷剂R1234yf以及在多元醇酯油(POE)中添加不同纳米颗粒的单一和混合纳米润滑油对采用内部热交换器(IHX)的蒸气压缩制冷系统(VCRS)性能的影响。在本研究中，通过将氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)和硼(B)纳米颗粒以0.5%和1%的重量浓度添加到POE中，制备了单一和混合形式的纳米颗粒。热力学分析和环境评估(TEWI)研究表明，与POE相比，使用纳米润滑油可显著提高系统效率。根据实验结果，使用1 wt.% Al₂O₃-B混合纳米润滑油时，性能系数(COP)的提升幅度最大，达到8.25%。同种混合纳米润滑油的?效率提高了5.47%，内部热交换器(IHX)效率提升了26%。另一方面，1 wt.% Al₂O₃-SiO₂混合纳米润滑油的压缩机能耗降低幅度最大，达到22.33%。这使得系统的总碳足迹TEWI降低了约22.4%。研究结果表明，混合纳米颗粒产生的协同效应可减少压缩机内的机械摩擦并优化其传热能力。

章节片段

引言

在现代社会中，制冷和空调系统在多个领域发挥着至关重要的作用，从食品安全和药品保存到高绩效数据中心的舒适保障和热管理（Amorim等, 2024; Xu等, 2023）。尽管蒸气压缩制冷(VCRS)是满足这一需求的基础技术，但由于其占全球电力消耗约20%的份额，它正在经历剧烈的技术变革。

材料与方法

本研究旨在理论探讨低GWP制冷剂R1234yf在集成内部热交换器(IHX)的蒸气压缩制冷系统中的性能。在本研究中，采用不同比例的氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)和硼(B)纳米颗粒添加到多元醇酯油(POE)中形成的单一和混合组合，以提高系统的热效率和机械效率。在能量分析的框架下，对制备的纳米润滑油对系统性能的影响进行了全面评估。

结果与讨论

在本研究中，利用不同浓度的单一和混合纳米润滑油对VCRS性能所需参数进行了评估和解释。数据在系统与环境达到平衡后收集。计算了从这些数据中获得的平均数值。

在检查系统所使用的POE及单一和混合纳米润滑油的粘度行为时，与POE相比，随着纳米颗粒浓度的增加，粘度显著增加。

结论

本研究通过在不同浓度(0.5%和1% wt.)下向VCRS所使用的POE中添加氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)和硼(B)纳米颗粒制备了单一和混合纳米润滑油。通过热力学和环境分析，并与POE进行对比，研究了这些制备的纳米润滑油对VCRS性能的影响。研究的主要发现如下：

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  与POE相比，所有纳米润滑油的使用均使系统性能得到了显著改善。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争经济利益或个人关系。

资金支持信息

本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何专门拨款。

AI工具使用

本研究使用了人工智能程序来纠正语法和拼写错误，并提高读者对句子的理解。

作者贡献声明

Gokhan Yildiz：写作—审阅与编辑、写作—初稿撰写、概念构思。 Ali Etem Gürel：指导、方法论、调查研究

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争经济利益或个人关系。

G?khan Y?ld?z|Ali Etem Gürel