重力再循环供液制冷系统(自然循环系统)制冷性能优越,具有相当的科技转化价值。一体式重力再循环冷风机作为自然循环系统的核心设备,必须有一套可靠的设计方法,以支持该系统的推广。本文实验对比分析了不同工况下自然循环系统和直接膨胀供液制冷系统(直膨系统)的制冷性能,并总结了一套一体式重力再循环冷风机的设计方法,并给出了多负荷下该风机的设计参数。具体结论如下:(1)冷凝温度升高,自然循环系统的蒸发温度升高,循环倍率n下降,传热系数下降,制冷量降低。相同条件下,自然循环系统的制冷量比直膨系统高,具体为18.6%~31.6%;自然循环系统压缩机功率比直膨系统高,具体为0.7%~3.3%;自然循环系统的COP要比直膨系统高,具体为14.8%~29.6%。(2)库温降低,自然循环系统的n升高,传热系数升高,制冷量降低。相同条件下,自然循环系统的制冷量比直膨系统高,且两系统间的差距随库温的降低变大。当库温-20℃、-25℃和-30℃时,自然循环系统的制冷量比直膨系统的制冷量高26.8%、32.3%和35.3%。相同条件下,自然循环系统的COP比直膨系统高,且两系统间差距随库温的降低变大。在库温-20℃、-25℃和-30℃下,自然循环系统的COP比直膨系统的制冷量高21.4%、26.6%和28.7%。由此可见,自然循环系统比之直膨系统在低温工况下优势明显。(3)压缩机频率升高,自然循环系统的n升高,传热系数升高,制冷量变大。相同条件下,自然循环系统的制冷量比直膨系统高,且两系统间差距随压缩机频率的升高变大。在压缩机频率40 Hz、45 Hz、50 Hz和55 Hz下,自然循环系统制冷量比直膨系统制冷量分别高20.58%、28.30%、31.91%和34.67%。相同条件下,自然循环系统的COP比直膨系统高,且两系统间差距随着压缩机频率的升高变大。在压缩机频率40 Hz、45 Hz、50 Hz和55 Hz下,自然循环系统的COP比直膨系统的COP分别高17.50%、22.96%、25.18%和26.00%。(4)当库温低于-15℃,可采用流体横掠肋片管束和J.Chawla公式对一体式重力再循环冷风机进行设计计算,模拟结果与实验结果的误差维持在5%以内。(5)利用流体横掠肋片管束和J.Chawla公式对特定工况下的一体式重力再循环冷风机进行设计计算,得到不同热负荷下一体式重力再循环冷风机的设计参数,具体见表5-3。