R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。     

R417A在水平双侧强化管外沸腾换热研究

对3根双侧强化管在饱和温度为8℃工况下进行了水平管外R417A沸腾换热特性研究。采用Wilson热阻分离法得到管外沸腾表面传热系数,并对实验结果进行了热阻分析。实验结果表明:管内轧制出0.32~0.34 mm的螺旋槽道,可以使管内对流传热系数提高到光管Gnielinski公式计算值的2.524~2.658倍。相同管型的强化换热表面,其沸腾传热系数随壁面温差变化的趋势相似,肋密度42fpi的E30管沸腾传热系数比50fpi的E32管大4.5%,表明沸腾传热系数的大小及变化趋势与肋密度(孔隙直径)及管型密切相关。双侧强化管外R417A沸腾换热,管外热阻约占总热阻的70%,管外仍需进一步强化,才能明显提高总体传热性能。R417A在强化管外沸腾传热系数仅为近似条件下其主要组分R134a的三分之一,表明混合工质沸腾换热与纯工质有较大差异。     

风速对不同流程数CO2蒸发器性能的影响

为研究迎面风速对不同流路数CO₂翅片管蒸发器性能的影响,本文建立分布参数模型对蒸发温度为-25℃,风速为0.5～4 m/s条件下5种流路数CO₂翅片管蒸发器的制冷剂压降、换热量、温度分布及传热系数的变化进行分析,并通过实验验证了蒸发器模型的可靠性。蒸发器模型的换热量、制冷剂压降和风侧压降等参数模拟值与相同工况下实验值的误差均在±4%以内。结果表明:同一流路数蒸发器的换热量、制冷剂压降及传热系数均随风速的增大而增大,而其涨幅随风速增大而减小,综合考虑换热效果和能耗可得最佳风速范围为2.5～3.5 m/s;在一定风速条件下,蒸发器设计时在合理范围内选择较多流路数可有效提升蒸发器换热性能并增强换热均匀性,本次实验中24流路蒸发器为最佳设计方案。     

R134a单元式风冷冷风空调机蒸发器设计

以理论模型为基础，对R134a单元式风冷冷风机组翅片管式蒸发器进行设计。应用管内流动沸腾换热模型仿真分析R134a的质量流量对沸腾换热的影响，利用外掠翅片管束换热关联式计算管外翅片侧表面换热系数，进而得出翅片管蒸发器总传热系数，利用计算结果进行设计。     

氨空调机满液式蒸发器传热的强化

本文是一篇采用钢质T形翅片管管束强化液氨满液式蒸发器传热过程的研究报告。试验结果表明,T形翅片管对液氨满液式蒸发器有着显著的强化效果,在空调工况下,T形管满液式蒸发器的总传热系数、管外沸腾给热系数、管内冷冻水给热系数可分别达光滑管的2.2、3.92、1.75倍。这意味着可把换热面积砍掉50％以上。通过对实验数据的关联获得可供设计参考的关联式。本文还讨论了试验结果及T形翅片管强化沸腾传热的机理。     

空气侧风速对双流程微通道蒸发器传热特性的影响

搭建双流程微通道蒸发器性能实验台,采用控制变量法探究了不同空气风速下微通道蒸发器表面温度分布、制冷量和传热系数、进出口压降变化规律,分析空气侧风速对微通道蒸发器的表面温度分布均匀度和传热性能的影响。结果表明:随风速增大,蒸发器表面温度均匀度先变差,然后趋于平衡;制冷量的增量很少;蒸发器内制冷剂压降增大;综合换热性能降低。单增大风速来提高微通道蒸发器制冷量的效果不明显。     

微圆管内R1234ze(E)流动沸腾的环状流特性模拟研究

本文建立了制冷剂R1234ze(E)在微圆管内流动沸腾过程中的环状流模型,对传热和气液两相流动压降进行了模拟研究。综合考虑重力、表面张力及气液界面剪切力的影响,模拟分析了周向液膜不均匀分布特性及该特性对流动与换热的影响,经验证,计算结果与已有实验结果吻合较好,此外还研究了不同因素对环状流区域表面传热系数与压降的影响。模拟结果表明：在流动起始区域,截面液膜厚度的分布受重力作用影响,随着流动沸腾过程的进行,该影响作用开始减弱,且有重力作用时的环状流平均表面传热系数高于无重力作用时的环状流平均表面传热系数,随着重力加速度的增加,环状流的平均表面传热系数不断增大;随着质量流速的增大,表面传热系数与压降均随之增大;随着管径增大,表面传热系数与压降均随之减小。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优 点,可以强化流动沸腾换热的效果。本文在实验工况为孔密度10-40PPI,干度0.1-0.9,质流密度90-180kg/(m2·s),热流密度12.4-18.6kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性的泡沫金属管内制冷剂流动沸腾换热的情况。结果表 明:40PPI泡沫金属管比10PPI泡沫金属管的沸腾换热表面传热系数最多增大了96%;随着干度.质流密度和热流密度的增大,泡沫金属管内流动沸腾换热表面传热系数最多分别增大74%,95%以及48%;疏水改性增加了泡沫表面的成核点数,与未改性相 比可以使传热系数增大10%-30%。     

变制冷剂流量制冷系统过热度振荡机理实验研究

本文以变制冷剂流量制冷系统实验装置为研究对象,通过改变电子膨胀阀开度、冷冻水侧加热量和冷却水出水温度,对系统过热度振荡机理进行了实验分析。结果表明:1)电子膨胀阀开度较小时(24.7%~25.3%),蒸发器出口过热度振幅在1 K内,随着开度增大(25.6%~26.2%),振幅变大,约为3 K,当开度为26.5%~26.8%时,振幅恢复到1 K以内;2)传热机理的变化是导致过热度振荡的根本原因,影响蒸发器管内沸腾特性的主要参数是蒸发器换热量和质量流量,研究过热度振荡时需将两者综合考虑;3)压比对质量流量的影响较大。在压比增大初期,质量流量逐渐增加,表面传热系数大幅增加,过热度降低;当压比继续增加时,换热机理一直在液膜对流沸腾换热和过热蒸气换热间交替,维持不变。过热度振荡特性在膨胀阀-蒸发器闭环控制时更为复杂,在今后的研究中需要重点关注。     

卧式热虹吸式蒸发器的管内蒸发传热及强化

介绍了卧式热虹吸式蒸发器的结构和工作原理。工业制冷系统中的热虹吸式蒸发器是利用制冷剂的位差和密度差作为循环动力。位差和密度差越大,蒸发器中的制冷剂循环倍率越大,更有利于传热。制冷剂在水平管内流动时,换热管上的环形凸肋使管内制冷剂周期性地形成漩涡,增加了换热管内底层液体的湍动程度、减薄了传热边界层厚度,提高了换热管内的传热系数。     

Effect of twisted tape insert on heat transfer and pressure drop in horizontal evaporators for the flow of R-134a

An experimental study has been carried out on the heat transfer enhancement and pressure drop characteristics in presence of twisted tape inserts, during flow boiling of R-134a, inside a horizontal evaporator. The test-evaporator was an electrically heated 1260 mm long copper tube with 7.5 mm inside diameter. The experiments were performed for plain flow and four tubes with twisted tapes of 6, 9, 12 and 15 twist ratios and four refrigerant mass velocities of 54, 85, 114 and 136 kg/s m² for each tape. It has been found that the twisted tape inserts enhance the heat transfer coefficient on relatively higher pressure drop penalty, in comparison to that for the plain flow.     

滴形管换热性能的实验研究

采用特殊形状和表面的管子是最为常用、有效的强化换热手段。本文基于滴形管换热器回收天然气锅炉排烟余热,提出了烟气侧的换热系数实验关联式。通过改变换热管间的排列间距,在不同烟气流量下,对圆管和滴形管的换热性能及影响因素进行了分析。与实验数据比较,验证了实验关联式可正确反映凝结换热的特性。结果表明:不同烟气量通过滴形换热管的压损小于圆管,约为圆管的0.33~0.38倍;烟气温度降大于圆管;冷却水通过滴形管的温升高于圆管;换热系数滴形管比圆管的提高约7%,表明滴形管的换热性能优于圆管。因此对于有凝结换热过程发生时,滴形换热管具有强化换热的作用。     

CO_2水平管外池沸腾换热的实验研究

对自然工质CO2在不同沸腾压力下的光管、机械加工表面强化管(Turbo-EHP)水平单管管外电加热池沸腾进行了实验研究。从核态沸腾的角度分析了光管、强化管管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律,通过对热流密度在10~50k W/m2、蒸发压力在2~4 MPa范围内的换热数据分析拟合得出光管时CO2在该范围下的换热关联式,拟合关联式的计算值和实验值的误差在±8.73%以内。新的拟合关联式的计算值与已有关联式的预测值的偏差在±15%之内。在热流密度范围内强化管的强化倍率在1.50~1.72之间。研究结果对进一步深入研究CO2池沸腾换热及蒸发器的设计具有指导意义。     

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。     

分液冷凝器的管程理论设计及热力性能评价

根据分液冷凝器强化换热思想对其管程理论设计方法进行了研究。依据质量流速和干度来判断每一流程中制冷剂的流型,并依此选取Cavallini换热模型公式的方法求其平均换热系数,同时采用Cavallini两相压降模型和Darcy-Weisbach单相压降模型分别确定冷凝区和过冷段的压降。针对一个案例计算了三种管程设计方案下冷凝器管内冷凝换热系数和端压值,并用惩罚因子PF对其综合热力性能进行了评价。计算结果表明:不同的管程设计方案中管内制冷剂的流量分配均匀性存在较大的差异,均匀性越好,其综合热力性能越优。在质量流速为1200~1500 kg/(m2.s)范围内,与同等换热面积的蛇形管冷凝器相比,其中最好的分液冷凝器的PF值减小了48.5%~54.1%,可见设计优良的分液冷凝器的综合热力性能明显优于蛇形管冷凝器。     

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。     

负压下水在水平铜管表面沸腾换热的实验研究

以天然制冷剂水(R718)为工质的蒸气压缩式制冷及热泵系统,工作压力通常低于常压。为研究负压条件下水的沸腾换热特性,搭建了水在水平铜管表面换热的实验装置,在1.8~3.3 k Pa的压力范围内对水在水平铜管表面的沸腾换热进行实验研究。结果表明,换热系数随压力的升高和热流密度的增加而增大。将实验数据与相同条件下Cooper公式的计算结果进行对比,并利用最小二乘法回归出适用于本实验条件的换热系数的经验公式,以方便工程实际应用。本实验对水蒸气压缩式制冷及热泵系统中蒸发器的换热及强化研究具有一定的指导作用。     

R134a表面增强型蒸发强化传热管的实验研究

介绍了国外空调冷冻设备中采用的一种新型商用表面增强型蒸发强化传热管,并对其进行了实验研究.发现对使用R134a环保制冷工质,在低热流密度的条件下,表面增强型蒸发强化传热管具有十分优异的强化效果.在实验的换热工况下,保持进口水温不变而改变管内水流速,这种强化管的总换热性能是普通低翅蒸发强化管的 2.2到2.6倍,管外换热系数是普通低翅蒸发强化管的1.3～1.9倍.     

Evaluation of turbulent forced convection of non-Newtonian aqueous solution of CMC/CuO nanofluid in a tube with twisted tape inserts

The present paper investigates the turbulent flow and heat transfer of non-Newtonian aqueous solution of Carboxymethyl cellulose (CMC) and CuO nanoparticles in a plain tube and also tube with twisted tape inserts. The aqueous solution of CMC and CuO/CMC nanofluid show a shear-thinning (pseudo-plastic) rheological behavior, resulting in a higher viscosity than that of water. The consistency index and the power law index are evaluated based on available experimental data. The single phase approach with temperature dependent thermo-physical properties is applied to simulate the nanofluid flow and heat transfer. Simulation results are presented at different nanoparticle concentrations and twisted tape ratios. Only an axial flow is identified in the plain tube whereas both axial and swirl flows are detected in the tube with twisted tape inserts. The turbulence kinetic energy in the tube with twisted tapes is significantly higher than that in the plain one, which is useful for non-Newtonian fluid with higher viscosity. Also, the temperature fields in the tube with twisted tapes are disturbed relative to those in the plain one, due to stronger turbulence intensity and better fluid mixing. Higher amounts of nanoparticles concentration and lower twist ratios, giving maximum values of total efficiency, display the advantage of using non-Newtonian nanofluid in the tube with twisted tape inserts rather than non-Newtonian base fluid in the plain one.