水平微细管内CO_2流动沸腾换热与干涸特性研究

为分析饱和温度、热流密度、质量流率和管径对CO_2流动沸腾换热特性和干涸特性的影响,对水平微细管内CO_2流动沸腾换热进行了实验研究。实验工况:饱和温度-40～25℃,热流密度5～40 kW/m~2,质量流率180～1 400 kg/(m~2·s),管径0. 50、1. 0和1. 5 mm。实验结果表明:热流密度的增加显著影响核态沸腾换热,加快干涸发展进程的同时,降低干涸起始干度;换热系数受质量流量的影响较小,但质量流率的增加会降低干涸起始干度,干涸后的换热系数有所增加;不同饱和温度下换热特性差异的主要原因是CO_2的热物性受饱和温度的影响较大,饱和温度升高后干涸起始干度具有降低的趋势,且干涸后换热系数下降更为剧烈;在符合微尺度效应的前提下,管径的减小会极大地提高换热系数,同时降低干涸起始干度,干涸后换热系数下降剧烈。     

微细管内R290流动沸腾换热与干涸特性研究

对内径为1、2、3 mm的水平不锈钢圆管内R290两相流动沸腾换热特性进行了理论与实验研究。分析了热流密度为15~35 kW/m~2、质量流率为76~200 kg/(m~2·s)、饱和温度为16~36℃、干度为0~1时的管内传热特性。研究结果表明:热流密度的增加促进管内核态沸腾,换热得到强化,从而导致换热系数随之增加;质量流率的增加促进管内由核态沸腾换热向对流换热转化,换热系数也随之增加;饱和温度的增加促进管内气泡核心的形成速率加快,强化管内沸腾换热;管径的减小导致微尺度效应增加,从而导致换热系数随之增加;在整个换热过程中干涸前平均换热系数、干涸过程中的平均换热系数分别占总换热系数的40%、37%。     

微细通道内R290流动沸腾换热特性实验研究

对R290制冷剂在微细通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。研究管径分别为1和2 mm,热流密度为20~65 k W/m~2,质量流率为100~200 kg/m~2·s,饱和温度为15和25℃,干度范围为0.1~0.9。通过实验数据分析管径、热流密度、质量流率、饱和温度对流动沸腾换热的影响。结果表明:随着管径的下降,换热系数呈现出大幅上升的趋势,其平均增幅为31%;随着热流密度的上升,换热系数呈现出大幅上升的趋势,其平均增幅达到了131%;随着质量流率的上升,换热系数呈现出小幅上升的趋势,其平均增幅为14%;随着饱和温度的上升,大部分换热系数呈现出小幅上升的趋势,其平均增幅为12.6%。     

微细圆管内CO2两相沸腾换热实验研究

本文对CO_2在水平微细管内流动沸腾特性进行实验研究。实验结果表明:热流密度增加对强化核态沸腾换热和高干度区域流型转变具有显著影响,随着热流密度的增加换热系数增加,对摩擦压降影响很小;质量流率对于换热系数的影响较小,但随着质量流率的增加摩擦压降大幅增加,质量流率的大小直接决定了换热过程所经历流态;饱和温度升高换热系数相应升高,摩擦压降减小,且对流态转变特性有重要影响。在同样工况下摩擦压降最大值先于换热系数最大值出现,理论分析采用的流态形式与实际CO_2管内流动流动沸腾换热流态基本一致。     

3mm微细通道内R134A沸腾换热压降特性研究

环保型制冷剂R134A作为R22的替代品已广泛应用于各种制冷技术,在不断探索更完美的制冷剂替代品过程中,微细通道换热技术也逐渐成为近些年的研究热点。为了研究R134A在3 mm紫铜管内沸腾换热过程中的压降特性,在饱和温度为0～20℃、热流密度为5～10 kW/m~2、干度变化在0～1、质量流率在300～500 kg/(m~2·s)的实验工况下进行实验,通过对压力、温度和干度等重要物理参数的控制和试验数据的分析,得出以下结论:压降在相同干度区随质量流率的增大而增大,但在高干度区和低干度区的增幅不同;干度对压降的影响很大程度上与沸腾过程中的流动型态发生变化相关;饱和温度与压降的关系主要呈现负相关;而热流密度在压降影响中的占比则是很小的一部分。     

5mm小管径内R290凝结换热研究

对R290在5 mm小管径内的凝结换热特性进行了实验。实验工况:热流密度5～10 kW/m~2、质量流率180～250 kg/(m~2·s)、饱和温度40～55℃、管径5 mm。研究了质量流速、饱和温度、热流密度及管型对管内换热系数的影响。研究表明:换热系数随质量流率的增大而增大,随饱和温度的上升而下降,且在干度较大区域,影响更加明显;换热系数随热流密度的增大而增大,且存在最佳热流密度使其达到最大值;相同工况下,内肋管换热系数大于光管,在质量流速低、干度小的区域内肋管的强化效果更优。     

“球囊夹紧法”取出锁骨下动脉支架推送杆断裂残端一例

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。     

R32与R290在小管径内的沸腾压降与换热特性研究

搭建5 mm内螺纹小铜管内水平单管沸腾实验台,实验工况为饱和蒸发温度20℃,热流密度25 kW/m~2,质量流速100～300 kg/(m~2·s),干度0.1～0.9。对比研究替代制冷剂R32与R290在不同干度和质量流速下的沸腾压降与换热特性。结果表明:两种制冷剂的摩擦压降均随质量流速的增加而显著增大,R290的摩擦压降比R32平均大59.4%,且随着干度的增大摩擦压降的差值呈上升趋势。R32与R290的沸腾换热系数与质量流速呈正相关,在0.1～0.6中低干度区域内,R32的沸腾换热系数明显大于R290,但在干度大于0.6的高干度区域内,R32的沸腾换热系数仅比R290大9.8%,两者数值较为接近。通过对SunMishima压降关联式与Li换热关联式进行修正,提高了关联式的准确性,修正后实验值与预测值的压降平均相对偏差为15.93%,沸腾换热系数平均相对偏差为16.71%。     

水平管内制冷剂沸腾传热特性的数值模拟

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。     

预热微通道内制冷剂对沸腾换热系数影响的实验研究

在内径为2 mm的水平不锈钢微通道内对制冷剂R290的沸腾换热特性进行了实验研究。实验工况为:制冷剂质量流率分别为150和330 kg/(m~2·s),测试段热流密度分别为43和76 k W/m~2,制冷剂干度的范围为0.1-0.7,测试段制冷剂的饱和温度为15和26℃,测试段制冷剂的入口干度范围为0-0.65。在相同干度情况下,将制冷剂进入测试段前未进行预热而获得的换热系数与制冷剂进入测试段前进行预热后获得的换热系数进行了对比。研究结果表明:制冷剂进入测试段前进行预热会使换热系数产生偏差,偏差的平均值达到了14.2%;在实验范围内,随着制冷剂在测试段入口以及制冷剂在测试段内干度的上升,预热所引起的换热系数偏差将逐步下降。     

R290微细通道流动沸腾摩擦压降特性研究

研究R290在管径为3、2和1 mm的水平不锈钢微细通道内,质量流率为73～505 kg/(m~2·s)、热流密度为12. 74～66. 05 k W/m~2、饱和温度为-10～25℃、干度为0～1的范围内的摩擦压降特性,分析R290流动沸腾过程中的摩擦压降变化。结果表明:换热管径尺度微型化使相同条件下的管内压降剧烈上升,质量流率对压降的影响最显著;热流密度的增加对压降的影响很小,几乎为零; R290不同饱和温度物性的改变是造成其不同温度时压降特性差异的主要原因,随着饱和温度的升高,摩擦压降变小;压降随着干度的变化在某个干度存在极值。     

5 mm微肋管内R404A流动沸腾换热特性研究

通过实验研究了R404A在5 mm微肋管内的流动沸腾换热特性。热流密度为5～25 kW/m~2、质量流速为200～500 kg/(m~2·s)、饱和温度为-5～5℃、干度为0.1～0.9。结果表明:提高饱和温度可以提高换热系数,在0.1～0.3低干度区提升作用较为明显,在0.3～0.6中干度区提升作用逐渐降低;随着质量流速的增大,换热系数呈上升趋势,其对换热系数的影响主要体现在中干度区;热流密度的增大也能够有效提升换热系数,同时使换热系数的峰值提前出现,加速干涸现象的发生。针对本实验数据,修正后的Gungor模型预测精度较高,修正系数为1.372,统计得出平均绝对偏差仅9.30%,高达98.18%的数据偏差度小于±30%。     

油浓度对小管径水平内螺纹管内R404A冷凝换热影响的实验研究

研究了强制对流条件下水平内螺纹管内R404A气液两相流冷凝换热特性,主要讨论油浓度对外径为5 mm的内螺纹管内R404A冷凝换热的影响。实验中油浓度变化范围为0~5%,设置入口平均饱和冷凝温度为40℃,质量流密度变化范围为200~400 kg/(m~2·s),热流密度变化范围为5~45 kW/m~2。实验研究表明:油的出现恶化了换热,在油浓度为1%以下时恶化作用可以忽略,但随着油浓度的增加换热恶化作用越来越明显;对于纯R404A和油浓度为1%的R404A-油混合物,冷凝换热系数随着制冷剂蒸汽干度的降低而逐渐减小;对于油浓度为3%和5%的R404A-油混合物,随着制冷剂蒸汽干度的下降,冷凝换热系数先增加然后逐渐减小,在干度为0.7~0.75之间呈现出一个冷凝换热系数的峰值。同一质量流密度下,换热系数惩罚因子会随着干度的增加而减小,即干度越大,换热恶化作用越大;当质量流密度从200 kg/(m~2·s)增加到400 kg/(m~2·s)时,同一油浓度下油对换热系数的恶化作用相对变小。     

水平小管内R290的凝结换热特性实验

以管内径为4 mm的水平光滑铜管,质量流速100～250 kg/(m~2·s),热流密度5～10 kW/m~2,饱和温度分别为40、50、55℃,干度0～1,对R290(丙烷)进行凝结换热实验。结果表明:提高质量流速或增大热流密度,均可增大凝结换热系数;而饱和温度升高则会使凝结换热系数减小;此外,随着凝结过程的进行,干度逐渐降低,凝结换热系数通常也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减的现象。最后,选取6种经典的凝结换热关联式计算凝结换热系数,并与实验结果对比,Cavallini关联式和Bohdal关联式的预测效果较好。     

水平微细管内CO2流动沸腾流态研究

针对CO_2水平微细管内流动沸腾换热流态及流态转变特性进行实验研究。实验工况:热流密度(5~35 k W/m~2)、质量流率(50~600 kg/(m~2·s))、饱和温度(-40~0℃)、管径(0.5~1.5 mm)。实验表明:CO_2在微细管内实际流态分别是泡状流、弹状流、间歇流、层流、波状流、混状流、环状流和雾状流;干涸过程中的流态主要为环状流-雾状流、波状流-雾状流的过程及不稳定的环状流;通过理论计算获得CO_2微细管内流动沸腾换热流态图,流态图显示热流密度对高干度区域流态转变有显著影响,质量流率大小直接决定了换热过程所经历的流态;不同饱和温度工质热物性不同改变了流型;理论分析所采用的流态形式与实际CO2在微细管内所具有的流态类型基本一致。     

矩形通道干涸后膜态沸腾传热试验研究

在流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸后膜态沸腾的传热试验,研究了各种热工水力参数对膜态沸腾传热的影响特性.结果表明:干涸后膜态沸腾是一个相对稳定的传热过程,其壁面温度不会出现明显的脉动;随着进口含汽率的增加,膜态沸腾热流密度减小,壁面温度升高,传热系数减小;随着质量流速的增大或系统压力的升高,膜态沸腾热流密度增大,壁面温度降低,传热系数增大.     

R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降特性研究

对制冷剂R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降梯度进行了定性的理论分析和定量的实验研究,分析不同影响因素下其变化规律。实验工况：质量流率50~1 020 kg/(m2•s)、热流密度1~70 kW/m2、管径1~3 mm、饱和温度-10~25 ℃、干度0~1。实验结果表明：质量流率的增大和换热管径的减小,都会造成摩擦压降梯度和增长幅度大幅增加;热流密度值的变化不影响摩擦压降梯度,但会影响摩擦压降达到最大值的时间;摩擦压降梯度随着饱和温度和管径的减小而增大;摩擦压降梯度在中低干度时快速增加,在高干度时增速减小趋于平稳,直至达到最大值后缓慢减小。     

微通道内R152a的流动冷凝换热特性的实验研究

在饱和温度为30～50℃,质量流量为200～600 kg/(m~2·s),干度为0～1.0的工况范围内,对制冷剂R152a在微通道内的流动冷凝换热特性进行了实验研究,主要分析了冷凝温度、管型尺寸、质量流量、干度等参数对微通道内换热系数、压降的影响。实验结果显示:换热系数及压降均随着制冷剂干度、质量流量的增加而增大,随着冷凝温度的增大而减小;管型尺寸对压降的影响不大,但对换热系数具有较大影响。     

缩放管管外流动沸腾换热的数值模拟与场协同分析

本文利用FLUENT软件对制冷剂R134a在光管和缩放管水平管外沸腾传热进行了三维数值模拟,得到了其饱和泡状沸腾过程中体积含汽率的分布规律,并比较了它们的换热系数,结果表明:缩放管外侧能够很好地强化沸腾传热.此外,通过改变边界条件分析了质量流量、热流密度的变化对缩放管管外沸腾换热系数的影响.最后应用场协同理论,从局部换热角度分析其强化机理.研究表明:缩放管水平管外沸腾换热得到强化的原因是其凹槽前后的速度场与温度梯度场之间夹角更小,协同程度更好.     

垂直矩形窄通道流动沸腾换热特性实验研究

流动沸腾换热是典型的两相流问题。窄通道与常规通道相比较,其流动沸腾换热系数有较大提高,换热机理也更加复杂。针对截面为250 mm×5 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压、入口温度过冷、不同质量流速及加热功率密度的条件下,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:入口温度27～60℃、质量流速2.22～3.49 kg/(m2.s)及加热功率密度0～12 kW/m2对饱和沸腾起始点和过冷段长度有重要影响;高的空泡份额和通道结构的限制使汽液两相流动不稳定而影响换热系数,换热系数随着功率的增大而减小,流体进入完全对流沸腾阶段;由于实验段通道顶部结构的限制,干度的增加不会出现干涸点,换热不会得到恶化,换热系数随着功率的增大基本不变。