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。     

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。     

空调替代工质R404A在水平内螺纹管中的沸腾换热研究

比较了CAVALLINI的纯质和混合工质水平内螺纹管中流动沸腾换热系数的关联式,结果显示在内螺纹管中,对近共沸混合工质R404A的沸腾换热系数进行工程计算时,R404A被看作纯质和混合工质计算所得的沸腾换热系数值差别最大不到10%,因此可将其以纯质对待;对CAVALLINI的纯质和混合工质、KOYAMA及THOME等四个水平内螺纹管流动沸腾换热系数的影响因素进行对比分析,结果表明R404A的沸腾换热中对流沸腾换热占主导地位,且随干度增加而增加.对关联式的理论预测和实验结果进行对比,表明CAVALLINI和THOME关联式的预测误差小于21%,因此它们对R404A适用性较好,这对R404A蒸发器的工程设计及优化具有一定参考意义.     

R410A在内螺纹管内无润滑油沸腾换热实验研究

为了建立无润滑油的实验台,采用液压隔膜泵为动力循环,以R410A和R22为工质在水平内螺纹铜管(φ5mm和φ9.52mm)中进行了沸腾换热实验研究,并对二者沸腾换热性能做了对比.分析讨论了制冷剂质量流速、管外水流量变化、强化管的管径对压降和换热系数影响.结果表明:换热系数随着流量的增大而增大,管径的大小对换热系数的影响较大,在相同的流量下,9.52mm管径的换热系数是5mm的1.32～7.22倍,5mm管径的压降是9.52mm管径的1.48～2.68倍.     

涟漪纹管换热性能试验研究

为了研究涟漪纹管换热性能搭建测试台。采用外径为12.7 mm,内径为11.5 mm的涟漪纹管,以及外径为12 mm的光管,统一采用外径为17 mm的套管进行试验研究。制冷剂进、出口干度分别为0.8和0.2,制冷剂质量流速为90~260 kg/(m~2·s),冷凝饱和温度为318 K。测试结果表明,单相热平衡损失在±3%以内,光管冷凝换热系数的3个关联式计算结果与试验结果的偏差范围都在±20%以内。随着制冷剂质量流速的增大,涟漪纹管的冷凝换热系数和压降增大,涟漪纹管相对于光管的换热强化倍率为1.05~1.24,涟漪纹管多凹坑表面使得其强化冷凝换热效果明显。     

管径变化对蒸发器性能影响的仿真与实验研究

家用空调换热器采用的管径不同,产生的传热效果等性能有差异。采用空气焓差法,对具有相同制冷量的5 mm管径换热器和7 mm管径换热器进行了蒸发工况的实验,并建立了不同管径换热器的仿真计算模型,分析了管径的变化对蒸发器制冷剂侧和空气侧的换热和压降的影响。对比实验与计算结果,发现:1)5 mm换热器空气侧表面传热系数提高了17%;2)在相同制冷量下,5 mm换热器的制冷剂质量流量减少了4.6%,质量流速增大了89.4%,同时由于管壁热流密度的增大,引起了蒸干点的提前;3)以制冷剂达到相同干度时的换热系数作为基准,随着干度的增加,5 mm管的管内换热系数增大到7 mm管的1.43~1.86倍;同时制冷剂的摩擦压降、加速压降和局部压降均为7 mm换热器的3倍,压降引起了蒸发温度降低1.1℃。     

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。     

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%。     

R290和R22在水平细圆管内流动凝结换热的实验研究

实验研究了R290、R22在细圆管中的流动凝结换热特性。实验管内径为1.085 mm,R22的质量流率为200~1200 kg/(m2·s),R290的质量流率为200~650 kg/(m2·s),饱和温度分别为40℃与50℃。实验结果表明,高质量流率时R22在较高干度下换热系数随干度增加缓慢或略有下降,低质量流率时,R290在较小干度下出现换热系数下降。两种制冷剂蒸气相比,相同条件下R290的凝结换热系数高于R22的。本文的实验结果还与现有典型关联式的计算结果作了对比,其中,Wang et al.(2002)关联式对R290的实验数据预测偏差在17.5%之内,Kim et al.(2013)关联式对R22的实验数据预测偏差在18.4%之内。     

工质和管材及管径对强化管内冷凝传热影响研究

为评估制冷工质和管材及管径对强化管的冷凝传热影响规律,采用实验方法对R410a和R22在内螺纹管内的冷凝传热进行了测试。所采用的管外径包括7 mm和9.52 mm,管材料包括铝和铜。制冷剂的冷凝温度为47℃,质量流速为200—400 kg/(m²·s),入口干度从0.1—0.8变化,出口干度比进口干度低0.1。研究结果表明,波状分层流和环状流的转变干度介于0.4—0.5之间。R22的冷凝压降显著高于R410a,且压降增速快于R410a;当干度介于0.2—0.4时,R410a和R22的冷凝传热系数较为接近。干度与PF呈负相关关系,干度的增加并没有带来PF的改善,R410a和R22的PF比较接近。7 mm铜管和铝管管壁导热热阻与制冷剂冷凝热阻之比小于2%,制冷剂侧冷凝热阻占主导地位;管径对冷凝传热的影响远高强化表面结构,随着管径的减小,剪切力和表面张力逐渐取代重力,成为主导力,有利于去除和稀释底部的液膜。     

毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式研究

准确预测毛细管内两相流制冷剂的压降是提高毛细管分流精度的基础,而高精度的毛细管内制冷剂两相流摩擦因子关联式又是准确预测毛细管压降的关键。本文拟合得到毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式,并给出基于近似积分的毛细管压降计算模型。试验验证表明:基于Blasius公式拟合的毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式的平均预测误差为±5.3%,95%的数据点的预测误差在±20%以内,而基于本文提出的毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式的压降计算结果与试验数据的误差在±12%以内,平均误差在±5%以内,相比Blasius公式具有更高的计算精度。     

板式蒸发器换热性能的数值模拟1：数学模型

采用分布参数法对波纹型多通道单流程板式蒸发器建立数学模型，通过计算局部蒸发换热系数和摩擦压降可以简化板式蒸发器内复杂三维流动的换热关系。总结了文献已有的各种换热和压降关联式，并添加到模型控制方程组中。基于此模型，可对目前应用较广的R134a和R410A制冷剂的板式蒸发器在小换热温差下的换热性能进行研究。     

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Φv/Φl与参数Xtt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%。     

混合碳氢制冷剂在螺旋折流板管壳式冷凝器壳侧冷凝特性的实验研究

螺旋折流板管壳式冷凝器在液化天然气工厂中应用广泛,了解乙烷/丙烷混合制冷剂在管壳式冷凝器壳侧的冷凝换热特性有助于优化换热器设计。本文对乙烷/丙烷混合制冷剂在螺旋折流板管壳式换热器壳侧的冷凝换热特性进行了实验研究。实验结果表明:壳侧换热系数随干度增加先增大后减小,在0.8~0.9附近达到峰值;换热系数随热流密度的增加而增大。新开发的换热关联式对乙烷/丙烷混合制冷剂在螺旋折流板管壳式冷凝器流动冷凝换热系数预测偏差在25%以内。     

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。     

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。     

R290的管内冷凝实验研究

用实验与关联式理论计算对比的方法，研究了自然工质丙烷在外径9．52mm的铜光管、内螺纹管及内交叉肋管内的冷凝换热特性。冷凝实验的进口压力为：1079kPa(30℃)和：1369kPa(40℃)，质量流速为100，150，200，250和288kg/m^2s，进出口状态均保持饱和状态。为获取平均局部换热系数，实验管段为套管式逆流换热器结构，分为1m长四段，弯头相连。制冷剂在内管内冷凝，而10％的乙醇溶液在管间流动。实验结果与大多针对非自然工质(CFC，HCFC或HFC)建立的关联式的预测结果基本吻合。     

基于R410A的板式换热器两相仿真计算模型

建立了R410A的板式换热器两相仿真计算模型,基于实验数据对模型进行了误差分析和比较,总结了影响两相换热的影响因素.通过关联式修正,冷凝换热模型平均误差可以达到5%以下;蒸发换热在Yan and Lin模型基础上修正的形式与已有文献相比拟合精度提高10%,平均误差为6.5%,离散度减小.压降方面,基于Yan and Lin和Shah-Focke模型的修正压降关联式,实验数据验证该式平均误差2.5%,最大误差8%.     

CO2在近临界区的冷凝特性研究

通过对CO2在近临界区水平圆管内冷凝过程的局部换热系数和压降的计算，得出CO2冷凝过程中的局部换热系数和压降随CO2蒸汽于度的变化关系，同时得到水平管的管径、冷凝温度和CO2质量流率对局部换热系数和压降的影响情况。此研究对CO2制冷系统冷凝过程的实验研究及CO2冷凝换热器的设计提供了相应的理论依据。     

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。