竖管内溴化锂溶液降膜发生实验研究

针对气体类低品位热源驱动的溴化锂溶液吸收式制冷而提出采用竖管内降膜的发生器,其特点是溴化锂溶液薄液膜在竖管内由上而下流动,气体热源在管外部加热.通过实验得到降膜发生传热系数、放气范围、冷剂蒸汽产量与流量、热流密度的变化特性.实验结果表明:层流降膜时(Re＜500),传热系数随Re增大而减小,随热流密度增加而显著增大.回归分析得到层流降膜的传热系数关系式:h=14009.87qw0.0764Re-0.5391.     

滴形管外含不凝气体自然对流凝结换热性能研究

本文在自然对流情况下,基于双膜理论和边界层理论,考虑气液界面热阻,建立了滴形管外气液膜厚度及传热系数的数学模型,得到不同初始参数下气液膜厚度、气液膜热阻、气液界面热阻、凝液量和传热系数沿管壁的分布规律。结果表明:其他条件不变,随着混合气压力的增大(由81 325 Pa增至121 325 Pa),液膜厚度增大约7%,传热系数减小约30%。随着不凝气体质量分数的增加(由0.1%增至10%),气膜厚度减小约52%,凝液量减少约85%,传热系数减少约82%。虽然气膜厚度减小,但气膜内不凝气体质量分数增加约58%,气膜热阻增加约61%。对于当量直径相同的滴形管,其他条件不变,滴形管下半部分曲率越大,越易发生液膜分离,传热系数越大。     

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。     

R32水平单管内的蒸发换热特性

本文对2根不同孔径单管在饱和温度分别为0℃、5℃和10℃工况下进行水平管内R32蒸发换热的实验研究。采用热阻分离法得到管内制冷剂侧蒸发传热系数,以质量流量、饱和温度为影响因子,对实验结果进行单管热阻分析及综合性能评价。结果表明:管内传热系数及压降均随着质量流量的增加而增加,管径对传热系数影响较大,1#传热系数约为2#的1.1~1.3倍,不同质量流量下温度对传热系数及压降的影响比重不同;随着质量流量的增加,管外水侧热阻占总热阻的比例逐渐增大,管内制冷剂侧热阻占总阻值的比例逐渐减小;两根单管单位压降传热系数均随质量流量的增加而减小,在不同质量流量下饱和温度对参数的影响比重不同。     

R134a在微肋管内的冷凝换热特性

本文在35、40和45℃三种冷凝温度下,对R134a在微肋管内的冷凝换热进行了实验研究。选用质量流量、冷凝温度、微肋管结构参数为变量,以总传热系数、水侧传热系数、制冷剂侧表面传热系数及压降为评价指标。结果表明:总传热系数、制冷剂侧表面传热系数、压降均随着质量流量的增加、冷凝温度的降低和管径的减小而增大,而水侧传热系数随质量流量的增加而稍有降低,冷凝温度对其值影响并不大。热阻分析时发现:随着质量流量的增加,水侧热阻占总热阻比值逐渐增加,而制冷剂侧热阻所占比值逐渐减小,但制冷剂侧热阻总小于水侧热阻;对换热器进行综合性能进行评价时,以表面传热系数与压降的比值(单位压降表面传热系数)为指标,发现该比值均随质量流量的增加呈先减小后增大的趋势,并随着冷凝温度的降低、管径的减小而增大。     

翅片管冷凝器低压环境下空气侧换热特性研究

本文通过搭建压力可调的封闭环境仓,实验研究了在40~101 kPa低压环境下,不同的管排数和循环热水温度对翅片管冷凝器空气侧对流换热特性的影响。结果表明:在相同的空气侧雷诺数下,环境压力的降低导致空气侧对流换热减小。当空气侧雷诺数为400时,环境压力从101 kPa降至40 kPa,对流换热表面传热系数随之降低44.1%;随着环境压力的降低,管排数对空气侧对流换热的影响变弱;在低压环境下,改变循环热水温度不会对对流换热表面传热系数产生明显影响。随着环境压力的降低,空气侧的对流换热表面传热系数与常压模型的计算结果偏差增大,当环境压力从101 kPa降至40 kPa时,平均偏差从17.3%增至77.5%。在实验的基础上,本文根据环境压力、管排数对空气侧对流换热的影响,对常压下的翅片管空气侧换热模型进行修正,修正后的平均偏差为9.5%。     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。     

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。     

等壁温下超临界CO_2于螺旋管内对流传热的数值模拟

在等壁温条件下,对超临界CO_2于螺旋管内的对流传热进行了数值模拟。得出并分析了超临界CO_2在螺旋管内对流换热过程中温度、流速和密度的分布情况,总结了螺旋管内超临界CO_2的局部对流传热系数沿轴向角的变化规律,讨论了壁面温度的改变对螺旋管内局部对流传热系数的影响。研究结果表明:离心力的影响在整个对流传热过程均存在,浮升力的影响在流体离开拟临界区之前不能忽略;当轴向角φ≤1035°时,bottom母线上的h最大,inner母线上的h最小且最先达到峰值;局部对流传热系数的峰值会随壁面温度的增大而减小。     

制冷换热器双侧强化换热管的实验方法对比

大型制冷系统中的换热管通常采用管内、管外表面双侧强化结构,因不便在壁面布置温度传感元件,双侧强化管需要特别的实验方法来测定其性能,包括Wilson图解法(WPM)、修正Gnielinski公式法(MGF)、Wilson-Gnielinski公式法(W-GF)。不同的方法有各自的应用场合和使用局限性。本文针对双侧强化管提出一种便于应用的新方法,称为待定指数法(UEM),通过线性拟合和优化得到关联式中的待定参数,可有效分离管内、管外对流换热表面传热系数。在双侧强化管上进行了R134a管外蒸发、水管内流动的两组实验,以此对包含新方法的4种实验方法进行应用对比。结果表明：4种实验方法得到的强化管管内、管外对流换热表面传热系数的强化倍率分别在2.88～3.23、3.15～3.54之间,不同方法得到的管内、管外对流换热表面传热系数差异分别在15%、11%以内。4种实验方法可根据不同的应用条件选择使用,UEM限制条件少、应用方便,是一种更加高效、准确的实验方法。     

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。     

两种双侧强化管管外R245fa降膜蒸发的实验对比

本文搭建了水平单管降膜蒸发实验台,以R245fa为工质实验研究两种三维翅双侧强化管降膜蒸发的换热特性。提出了新型Wilson-Gnielinski图解法,用于从实验的总传热系数中获得管内外表面传热系数。分析强化管表面结构对换热性能的影响,拟合出管内外换热关联式并提出强化换热方案。结果表明,与光滑管理论表面传热系数相比,Y型管的管内、管外换热强化倍率分别为2.12～2.94和2.27～5.54,T型管的管内、管外强化倍率分别为2.48～2.98和2.58～3.00。Y型管管外换热性能较好,T型管管内换热性能较好。Y型管的最佳喷淋密度(0.14～0.18 kg/(m·s))比T型管的最佳喷淋密度(约0.10 kg/(m·s))大;两种强化管表面传热系数均随热流密度的增加先上升后下降,但Y型管表面传热系数的变化速率较快;两种管子的换热效果均随蒸发温度的升高而增强。     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

空冷/水冷混合冷却竖管内LiBr溶液降膜吸收过程数值解

针对风冷和水冷联合冷却的竖管降膜吸收器,考虑汽液界面的阻力、变膜厚、横向对流和冷却水的冷却作用的影响,建立了降膜吸收过程中热质耦合数学模型和同心管环空内冷却水换热数学模型.计算了沿竖管内表面的液膜厚度、温度、浓度以及冷却水在混合冷却条件下的温度分布等参数.分析了冷却水进口温度、LiBr溶液Re数和PE数等参数对传热系数和吸收速率的影响.数学模型的计算结果与实验数据吻合较好.得出的结论对联合冷却吸收器的设计和优化具有指导意义.     

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。     

R404A在水平强化管外的冷凝实验及数据处理方法

针对一种双侧强化换热管,实验测试和分析了制冷工质R404A在管外凝结与水在管内对流的传热规律,采用"Wilson图解法"和"Gnielinski法"两种不同的方法对实验数据进行了处理。经理论分析和实验研究表明,Wilson图解法对于双侧强化换热管管内、管外表面传热系数实验容易产生较大误差,"Gnielinski法"是更合适的方法。实验得出了管内对流传热和管外凝结传热的计算关联式及传热的强化倍率。对于制冷剂R404A,在强化管外凝结的表面传热系数随着壁面过冷度的增加而增大,呈现出与纯工质光滑管外冷凝时不同的变化趋势。     

多孔泡沫金属中指数规律变热流平板表面的层流对流传热分析

采用Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型和局部非热平衡传热模型(双温度模型),对指数规律变热流密度条件下的多孔泡沫金属中平板表面的层流对流传热进行了分析,并得出了平板表面的热边界层的厚度和局部的对流传热系数的表达式。结果发现:平板表面的热边界层的厚度发展沿流动方向逐渐增大,但是增大的趋势由迅速趋向平缓;局部对流传热系数沿流动方向逐渐减小,而后趋于稳定。最后推导出了局部的对流传热Nusselt数的准则方程。     

多孔泡沫金属相界面传热系数的研究

基于简单立方体模型并采用翅片理论分析得出了流体在多孔泡沫金属通道内层流强制对流时相界面传热系数的表达式,并在不同条件下研究了流体流速和孔隙结构对相界面传热系数的影响,结果表明,相界面传热系数随着流体流速的增大而增大,随着多孔泡沫金属孔密度的增大而增大,而随着多孔泡沫金属的孔隙率的增大先增大后减小。     

基于横纹管氨水溶液垂直管外降膜吸收性能的变化规律

针对三根不同尺寸规格的横纹管,通过实验研究提高其吸收效率,选择吸收性能最优的管型。实验结果表明,随着压差和管内冷却水流速的增大,溶液吸收氨气的量增加,管外溶液传质系数增大。当管外氨水溶液喷淋密度从小变大时,光滑管和横纹管的传质系数均先增加后减小,过程中出现了最大值。该系列实验的结果表明横纹管比相同工况的光滑管有更高的强化传热和传质能力,当溶液喷淋密度为479.6kg/(m?h)时,横纹管比光滑管的传质系数增大了97.8%。三组实验中均发现一个共同的规律,横纹管的传质系数随凹槽尺寸变化而改变,2号横纹管表现出更强的吸收氨气能力。该管凹槽宽度与横纹管外径的比值为0.0814。通过对凹槽内溶液流动模型分析,比较了溶液通过凹槽时掺混和涡流的流动形态,得出了不同尺寸规格横纹管吸收性能差异的一个原因。     

垂直管内沸腾传热实验研究

重点介绍垂直管内低过热度下沸腾传热性能的测试装置和方法、数据处理及相关计算方法。实验装置采用套管换热器模型,以蒸汽为热源,整体构成一逆流换热空间。通过测取蒸发速度、温度等相关参数,得到在不同蒸汽压力、温度下的总传热系数、沸腾传热系数与热流密度、蒸汽侧压力的关系曲线,从而得出单管在何种状态下沸腾传热性能,并对两试件(光管和高通量管)进行性能对比实验研究,比较其传热性能。