R32在小管径水平光管内的流动沸腾换热与压降特性试验研究

对R32在?5 mm的水平光管内的流动沸腾换热与压降特性进行试验研究和理论分析。试验的蒸发温度为5℃,质量流量范围为100~500 kg/(m2·s),热流密度为8~24 kW/m2。结果表明,沸腾换热系数在1~8 kW/(m2·K)之间,压降在1~4 kPa/m之间。沸腾换热系数随着干度增大而增大,质量流量的增大和热流密度的增大都有利于换热系数的增加。质量流量的变化对压降的影响比较明显。与R32在?7 mm管内流动传热性能相比,换热系数提高了30%左右。将得到的沸腾换热系数和压降试验数据与多个模型的预测结果进行比较,发现多数换热经验关联式的预测误差较大,仅有Fuji-Nagata关联式的预测值与试验值较为接近;压降的预测误差相对较小。     

5 mm小管径内R290流动沸腾换热特性

本文对R290在5mm小管径内的流动沸腾换热特性进行实验研究,重点研究热流密度、质量流率及饱和温度对沸腾换热表面传热系数的影响。实验工况为:热流密度10～60 k W/m2、饱和温度15～25℃、质量流率50～200 kg/(m2·s)、干度0. 1～0. 9。结果表明:增加热流密度可实现强化换热,提高表面传热系数,使干涸现象提前发生,并加剧干涸;质量流率在低干度区间对表面传热系数的影响较小,在中干度和高干度区间表面传热系数与质量流率分别呈正相关;当热流密度较低时,在中干度区间,增大饱和温度会使表面传热系数降低;而在较高的热流密度下,增大饱和温度明显引起表面传热系数的上升。     

R404A在小管径管内流动沸腾换热特性研究

R404A在小管径管内的流动沸腾换热过程是一个极其复杂的物理现象。目前对R404A换热特性的研究大多集中在大管径上,对小管径换热特性的研究较少,且对不同实验现象的机理分析也不尽相同。因此R404A在小管径管内换热特性的理论研究仍需要大量具体的实验数据来支撑。本文通过搭建小管径内螺纹铜管蒸发实验台,研究R404A在小管径管内流动沸腾换热过程中不同热流密度、不同蒸发干度、不同质流密度、不同饱和温度对表面传热系数的影响,研究表明:热流密度、干度、质流密度、饱和温度均对R404A在小管径管内换热特性的影响较大,干涸现象发生前后这些因素产生的影响也不同。此外,这些因素对管内干涸现象发生的起始干度、沸腾主要换热形式以及干涸现象是否发生具有直接影响。     

小管径铜管内含油制冷剂流动冷凝换热与压降特性的实验研究

实验研究了小管径铜管内R410A-油混合物的流动冷凝换热与压降特性。测试管为外径为5mm的光管和强化管。实验结果表明,润滑油的存在总是恶化5mm光管和强化管内的换热特性,最大分别恶化24.8%和25.1%。润滑油的存在对光管和强化管内的冷凝压降影响不同。对于光管,润滑油总是降低冷凝压降,最大降低19%。对于强化管,干度小于0.6时,润滑油的存在降低强化管内的压降,最大降低18%;干度大于0.6时,润滑油的存在增大强化管内的压降,最大增强9%。相同工况下,5mm强化管与光管相比,换热系数增大60%～130%、压降增大40%～65%。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

R290与R404A在水平管内沸腾换热的压降研究

将R22的两种新型替代工质R290和R404A在光管和内螺纹管中的沸腾换热压降实验结果与Lockhart ＆ Martinelli压降计算关联式预测结果进行了比较,并依据工质R290和R404A在内螺纹管中的实验压降值对Lockhart ＆ Marlinelli压降计算关联式进行了修正。结果表明Lockhart ＆ Martinelli关联式对R404A在光管和内螺纹管的沸腾换热摩擦压降,均有良好的预测精度,平均偏差分别为-11．52％和-17．86％。Lockhart ＆ Martinelli关联式可以较好的预测R290在光管内的沸腾换热摩擦压降,平均偏差为-21．68％;经修正后的Lockhart ＆ Martinelli关联式可以较好的预测R290在在内螺纹管中的沸腾换热摩擦压降,Lockhart ＆ Martinelli关联式乘上修正系数2．06后的修正值与实验值偏差较小,平均偏差为2．37％。研究结果对R290和R404A蒸发器的工程设计及优化具有一定参考意义。     

R1234ze(E)在水平圆管内流动沸腾换热过程中摩擦压降特性实验研究

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP而被广泛关注,有望在热泵中作为R134a的替代品。本文对R1234ze(E)在内径为8 mm水平管内流动沸腾过程中摩擦压降特性进行实验研究,并在相同实验工况下与R134a进行对比。实验研究的流动沸腾换热的饱和温度为10℃,热流密度为5.0 k W/m~2和10.0 k W/m~2,质流密度范围为300~500 kg/(m~2·s),并分析质流密度、热流密度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾过程中摩擦压降的影响。结果表明,在相同工况下R1234ze(E)的流动沸腾过程的摩擦压降略大于R134a,如质流密度为500 kg/(m~2·s)时,R1234ze(E)的平均摩擦压降值比R134a大8.4%左右。最后,将实验结果同四种摩擦压降经验关联式进行比较分析。     

平行通道直冷板内R1233zd(E)流动沸腾换热压降特性实验

为研究平行通道直冷板的压降特性对换热的影响,本文对不同质量通量(118～1 300 kg/(m² s))、入口过冷度(2.5～8 K)条件下低压制冷剂R1233zd(E)在平行通道直冷板内的摩擦压降进行了实验研究,分析了单相及两相摩擦压降以及气液相速度的变化规律。结果表明：在制冷剂单相情况下,随热流密度的增加,通道内的摩擦压降先减小后增加。当制冷剂进入两相状态后,摩擦压降随热流密度的增加而快速增长;质量通量的增加会使汽化核心的位置延后,导致摩擦压降变化趋势突变点的出现有所推迟。此外,在高热流密度下,制冷剂液相速度和气液相相对速度均有所增加;相同干度条件下,较高的质量通量使气液相相对速度增加,摩擦压降增速变快。     

R290在水平微细圆管内沸腾换热特性研究

本文研究了R290在内径为1 mm、2 mm和4 mm水平微细圆管内的沸腾流动换热特性,在饱和温度为15℃条件下,质量流速为50～600 kg/(m²·s)、干度为0～1、热流密度为5～20 k W/m²时,对沸腾传热系数的影响进行了分析。通过实验发现,增大质量流速对传热系数具有增强作用,质量流速对传热系数的影响在低干度区域比高干度区域小。在热流密度方面,传热系数随着热流密度的增大而增大,且在1 mm和2 mm管内观察到了临界干度对传热系数的影响,这时传热系数有断崖式下降的趋势。在管径对于传热系数的影响方面,通过对不同管径换热特性的横向对比,发现在一定工况下传热系数随着管径的减小有所上升。此外本文还对R290已有的部分关联式进行了适配性验证。     

R134a臣卧式螺旋管内流动沸腾换热特性实验研究

对R134a在水平直管和螺旋管内的沸腾换热特性进行了实验研究.在三个不同的蒸发温度(5℃、10℃和20℃),工质R134a的质量流量范围为100～400kg/(m~2·s)和干度范围为0.1～0.8的条件下,实验得到了R134a在水平直管和螺旋管内的沸腾换热系数随其质量流量和干度的变化关系,将水平直管和螺旋管内的沸腾换热特性数据进行了比较,结果显示,在实验条件下,卧式螺旋管的传热系数比直管的平均增加13.7%.     

R404A小管径冷凝传热与压降关联式的适配性

针对R404A的冷凝传热与压降关联式不少,但都是基于7 mm或者9.52 mm等大管径光管或者强化管,针对5 mm管径的关联式也都是适用于其它制冷剂,没有R404A小管径冷凝直接适用的关联式。本文通过实验测试与理论计算结合论证的办法,利用控制变量法、性质相似制冷剂优先法筛选出一批关联式,大量对比由关联式计算与由实验数据计算得出的传热系数与压降的偏差,研究关联式的适用性及可修正性。结果表明：Dobson and Chato冷凝换热关联式乘以修正系数2.13,能很好预测R404A在内螺纹管中的冷凝传热系数,与实验值正偏差为+15.51%,负偏差为﹣14.13%。黄翔超提出的摩擦压降关联式能很好预测R404A在小管径内螺纹管内冷凝的摩擦压降,与实验值的正偏差为+12.56%,负偏差为﹣13.58%,两者均可为换热器设计计算提供较准确的理论指导。     

水平内螺纹管内R410A流动凝结换热的实验研究

本文实验研究了R410A在水平内螺纹管内的流动凝结换热特性,分析了水力工况、测试管结构参数对管内制冷剂侧表面传热系数、压降的影响。结果表明:表面传热系数、压降均随着质量流速的增加、冷凝温度的降低而增大;虽然表面传热系数随着测试水Re的增加而减小,但测试水Re对压降的影响很小。利用单位压降表面传热系数对换热进行综合性能评价时发现,单位压降表面传热系数随着质量流速的增加而减小,随着冷凝温度的增大而增大。将实验数据与经典关联式的预测值进行对比,对于光滑管,除了Akers et al.关联式低估了实验数据,Shah关联式与Thome et al.关联式均高估了实验数据,并且Thome et al.关联式表现出最高的预测精度。而对于内螺纹强化管,Cavallini et al.关联式展现出最高的预测精度,而Koyama et al.关联式与Miyara et al.关联式均低估了实验数据。     

R134a在微肋管内流动冷凝换热计算关联式的改进

本文选用表面传热系数为评价指标,对外径为6.35 mm的微肋管内R134a两相流动冷凝换热特性进行实验研究,分析了水力工况、测试管结构参数等对管内表面传热系数的影响,还选用Cavallini et al.关联式、Miyara et al.关联式和Oliver et al.关联式对微肋管内表面传热系数进行预测,发现Cavallini et al.关联式对微肋管内换热性能的预测能力最好,关联式预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为-21.47%和21.94%。虽然Miyara et al.关联式预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为16.21%、30.65%,但两者之间的误差范围为-47.12%～82.32%,说明在部分工况下Miyara et al.关联式对管内换热性能的预测仍存在较大误差。三个关联式中,Oliver et al.关联式的预测能力最差,预测值与实验值之间平均误差高达-54.93%,因此,实验根据现有实验数据对Oliver et al.关联式进行了修正,修正Oliver et al.关联式对管内换热性能的预测能力大大提高,预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为-2.37%和10.77%。     

水平光滑细管内R1234ze冷凝换热特性实验研究

对流体R1234ze在内径2 mm 的水平光滑圆管内的冷凝换热特性进行了实验研究,设定流体饱和温度为35 ℃、40 ℃,质量流量为100~400 kg/(m2?s),热流密度为4~22 kW/m2。实验获得了R1234ze在不同工况下的冷凝换热系数和摩擦压降。发现R1234ze的冷凝换热系数范围在1.5到8 kW/(m2?K)之间,且随干度的增加而增加,随质量流量的增大而增大,随饱和温度的升高而降低,比在相同工况下R134a 、R32的换热系数分别平均低约22%和31%。R1234ze的摩擦压降随质量流量增加而增大,随饱和温度的升高而降低,高于相同工况下R32的摩擦压降。并将本次实验值与其它经典换热模型和压降模型进行了对比分析,发现Baird等人的模型对本次实验的换热系数预测较好,对其它文献中的相似数据点预测也较好。Müller- Heck模型对摩擦压降预测最好。     

5 mm微肋管内R404A沸腾换热模型的适配性

本文针对5 mm微肋管内R404A流动沸腾换热进行实验研究,并将研究结果与筛选出的一批换热模型进行适配性验证。实验工况:热流密度5～25 kW/m²、饱和温度0℃、质量流率200～500 kg/(m²·s)、干度为0.1～0.9。结果表明:Zhang Xiaoyan等的模型由于工质热物性差异较大,过高的预测了部分数据; Liu Zhongliang等的模型低估了热流密度对传热系数的影响,过低的预测了实验数据; S. M. Kim等的模型不能体现高干度区域传热系数的衰减,整体预测精度不高; K. E. Gungor等的模型能够很好的解释管内传热的过程,同时预测精度较高,平均绝对偏差仅27.46%。乘以修正系数1.372后的模型平均绝对偏差仅为8. 95%,落在30%偏差带上的数据多达98.18%。     

强化管内流动沸腾换热研究现状

介绍了强化管内流动沸腾换热国内外的研究现状,分析了微肋管内流动沸腾换热的影响因素,并且给出了几个实用的微肋管内沸腾换热关联式,最后对微肋管内沸腾换热的研究方向进行了讨论.     

微肋管内流动冷凝压降关联式的研究

本文进行了微肋管内R134a两相流动冷凝换热实验,分析了实验工况、微肋管结构参数对管内压降的影响,并使用关联式对管内压降进行了预测。实验结果显示:管内压降与质量速率、肋片螺旋角呈正相关,与冷凝温度、冷却水雷诺数Re呈负相关; Cavallini et al关联式、Haraguchi et al关联式、Pierre关联式可实现对管内压降的高精度预测,预测平均误差均在17%以内,而Goto et al关联式高估了管内压降;参考Goto et al关联式拟合机理,基于微肋管内R134a压降实验数据,对气相/液相折算系数Φ_v/Φ_l与参数X_tt之间关系进行重新拟合,进而提出适用于预测管内压降的关联式,经验证:新关联式预测误差在±30%以内,预测平均误差小于10%。