R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

环保制冷剂R1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识第四代新型制冷剂R1234ze(E)的热物理性质,并将其应用于工程实践,文中对相关文献中的有关R1234ze(E)的饱和蒸气压实验数据进行了定量分析。通过定量分析每组数据的精度,筛选得到192组数据点组成的综合数据,经过非线性拟合,获得了R1234ze(E)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为223—380 K。对比拟合数据与该方程,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±0.3%,平均绝对偏差为0.041%。将文献数据与该方程进行对比,其压力相对偏差大部分分布在-2.5%—0.5%,绝对偏差范围为-2.5—2 kPa。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度,可供热物理性质的计算及工程实践应用,具有良好的工程实际应用价值。     

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类（HFOs）物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明：与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

R1234ze(Z)蒸气压方程

为了对第4代新型制冷剂R1234ze(Z)的热物性有更多认识,文中在公开发表的文献中,搜集了关于R1234ze(Z)的饱和蒸气压实验数据。对每组数据精度进行分析后,筛选得到140组实验数据。经过非线性拟合,获得了R1234ze(Z)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为283—413 K,压力区间为12—2 950 kPa。将拟合数据与该方程进行对比,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±1%范围,平均绝对偏差为0.193%。对比文献数据与该方程,其压力相对偏差范围为-1%—2%,最大相对偏差为1.827%,平均绝对偏差为0.282%。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度。根据此方程,计算得到R1234ze(Z)的标准沸点为284.751 K,偏心因子为0.325,可供物理性质的计算和工程实践的应用。     

HFO-1234ze(E)在不同湿度下燃烧极限实验研究

对HFO-1234ze(E)在不同湿度下的燃烧极限进行了实验研究,结果表明:HFO-1234ze(E)在20%RH以下空气中不可燃,在40%RH及以上空气中为可燃,且燃烧范围随着湿度增加而增加。     

R1234yf与R134a小管径内流动沸腾换热特性研究

新型制冷剂R1234yf作为R134a的替代制冷剂在车用热泵制冷剂研究领域受到关注.为对比研究R1234yf与R134a在小管径换热器中的流动沸腾换热特性,在内径为4 mm水平圆铜管内进行相关实验.实验研究工况:饱和温度10℃,平均干度范围0-1,质量速度范围300-450 kg/(m2·s),热通量范围10-25 k...     

新型制冷工质HFO-1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型制冷剂HFO-1234ze(E)的热物性,在公开发表的HFO-1234ze(E)饱和蒸气压实验数据的基础上,通过仔细分析各个实验数据的精确程度,筛选出一套由118组数据点组成的综合数据,经过拟合得到一系列蒸气压方程,对比各个方程对拟合数据的绝对偏差和相对偏差,得到一个适用范围较宽(232.990—380.002 K)且精度良好的四项Wanger型HFO-1234ze(E)蒸气压专用方程。该方程对拟合数据的平均相对偏差为-0.02%。同时,通过新方程计算得到HFO-1234ze(E)的正常沸点以及偏心因子,可以供物性计算和工程运用,具有较高的实际应用价值。     

水平圆形与方形微小通道内R134a冷凝数值模拟

利用数值模拟研究了水平圆形与方形微小通道内R134a的冷凝换热阻力特性,制冷剂饱和温度为320 K。结果表明:传热系数与摩擦压降梯度随着质量流量、干度的升高而升高,而干度大于0.85时,摩擦压降梯度随着干度的升高而降低。方形通道的换热与阻力均高于圆形通道,数值结果与文献冷凝换热、阻力公式吻合较好。圆形通道内冷凝液膜集聚在通道下部,而方形通道内液膜集中在角落区域。薄液膜区域所占的比例随着干度的增大而增大,方形通道内的液膜厚度要小于圆形通道,换热效果优于圆形通道。     

水平圆管内R1234yf流动冷凝传热特性研究

为了将低GWP制冷剂应用于客车空调,对R1234yf在5 mm水平光滑管内的流动冷凝传热特性进行了实验研究。实验研究工况为饱和温度30℃和40℃,平均干度0.1—0.96,质量流速100—600 kg/(m²·s)。研究结果表明：R1234yf管内传热系数在低质量流速[<200 kg/(m²·s)]下受干度和流速的影响不明显,随着流速的增大逐渐依赖蒸汽流速和干度,这表明管内主要传热机制由受温差较大影响的自然对流过渡至受流速影响较大的强制对流,引入了等效雷诺数Re_eq来划分这2种传热机制。饱和温度为30℃时,相同工况下R1234yf传热系数比R134a低3.7%—14.3%。对Cavallini和Bashar 2种关联式预测的传热系数与实验值进行了对比,Bashar关联式表现出较好的预测效果,平均绝对偏差为14%。     

新型低GWP高温热泵工质HFO-1234ze(Z)的研究进展

高温热泵可以有效回收工业余热,达到节能减排和保护环境的目的。目前,有关高温热泵技术的研究热点在于寻找一种全球变暖潜能值(GWP)低、使用性能良好的工质,以替代现有CFC-114、HFC-245fa工质。对新型环境友好型工质HFO-1234ze(Z)进行了综述,其GWP<1,临界温度高于423 K,是一种潜在的高温热泵替代工质。总结了近年来国内外学者对HFO-1234ze(Z)的合成技术、热力学性质、输运性质、传热性能等方面的研究,并分析了HFO-1234ze(Z)在高温热泵系统中应用的可行性,认为HFO-1234ze(Z)在高温热泵中具有较好的工作性能和发展前景。     

R1234yf/R134a混合物在汽车空调中替代R134a的实验研究

在使用微通道换热器的汽车空调系统中,实验研究了新型混合制冷剂R1234yf/R134a（质量比为89∶11）替代R134a的可行性。实验结果表明,R1234yf/R134a和R134a的制冷量相似,R1234yf/R134a的COP比R134a低4%～9%,R1234yf/R134a的平均压缩机排气温度比R134a低10℃。通过添加质量分数11%的R134a,可以使R1234yf/R134a不可燃。此外,R1234yf/R134a没有臭氧消耗潜力,全球变暖潜能值小于150,符合欧洲汽车空调标准的要求。在几乎不改变原汽车空调系统的情况下,R1234yf/R134a可用作R134a的环保替代品。     

微尺度通道内R134a的冷凝传热实验研究

建立采用射流冲击进行制冷剂冷却的冷凝传热实验系统,对当量直径为0.63 mm矩形微尺度通道内制冷剂R134a的冷凝传热特性进行研究。实验参数范围是制冷剂干度0~1,质量流率115~290 kg/(m²·s）,饱和压力0.35~0.5 MPa,实验获得了不同工况下微尺度通道的局部冷凝传热系数,并分析了制冷剂各参数对冷凝传热的影响。实验结果表明：冷凝过程中沿制冷剂流动方向,局部冷凝传热系数会随着干度减小而减小;在一定饱和压力下,局部冷凝传热系数与局部热通量相对应;冷凝传热系数随着饱和压力减小而增大。基于实验数据,整理出适用于本实验工况下微尺度通道内R134a的冷凝传热计算公式。     

电场与声场作用下微细通道内R141b压降特性

为研究电场与声场对微细通道压降和总体传热性能的影响,以制冷剂一氟二氯乙烷R141b为实验工质,对比并分析无外场、单独电场、单独声场、两场同时作用下的两相压降变化及影响。结合功率谱密度(PSD)和可视化,研究电场与声场作用下两相压降频域特性和气泡运动状态。采用Webb-Bergles方法研究不同外场作用下的微细通道强化传热综合性能。结果表明：在本实验工况下,电场电压越大、超声波频率越小、功率越大,两相压降越大;电场、声场的作用,能够加剧通道内气泡运动,降低气泡长径比;通过强化传热综合性能评价发现,电场和声场同时作用下强化传热综合性能最高,最高可达1.78。该研究结果可从多外场强化传热技术角度为微细通道换热提供新思路。     

R152a/R1234ze(E)在小管径内的流动沸腾传热特性

为制冷工质应用于家用空调的蒸发器优化设计提供依据,在质流密度100—300 kg/(m~2·s)、热流密度10—20 kW/m~2、饱和温度287.15—291.15 K、平均干度0.1—0.9的实验条件下,研究近共沸混合工质R152a/R1234ze(E)(质量比为3∶2)在水平光滑管(内径4 mm)内的沸腾传热特性。分析上述实验条件对该混合工质的沸腾传热系数和临界干度的影响。结果表明:沸腾传热系数随质流密度、热流密度、饱和温度的增加而增大,而随平均干度的增加呈现先增大后减小的变化趋势;此外,临界干度随质流密度的增加而增大,随热流密度的增大而减小。并用4种经典沸腾传热关联式预测了该混合工质的沸腾传热系数,对比实验结果发现Fang等和Choi等的预测精度较高,其平均绝对误差分别为10.63%和24.39%。     

新型发泡剂R1233zd(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型发泡剂R1233zd(E)的热物理性质,并将其应用于工程实践,文中在文献中搜集了关于R1233zd(E)的饱和蒸气压数据。通过分析每组数据的精度,筛选得到202组实验数据。在此基础上,应用进化优化算法对选取不同项数(3,4,5,6,7)的亥姆霍兹型方程进行拟合,通过比较不同项数方程的拟合偏差与方程形式,得到一个5项蒸气压方程,作为R1233zd(E)的专用方程。该方程适用范围广,同时具有很高的精度,适用温度区间为234.15—437.91 K,压力区间为7.2—3 521.00 kPa;对拟合数据的平均绝对偏差为0.283%,对不同文献数据均可以较好地复现。同时,该方程亦可用于计算R1233zd(E)正常沸点与偏心因子,具有较好的应用价值。     

R1234ze(E)与R134a在水平强化管外降膜蒸发实验对比

为研究HFOs制冷剂R1234ze(E)与HFCs制冷剂R134a在Y型翅内螺纹双侧强化管管外降膜蒸发的换热性能,搭建了水平管降膜蒸发换热性能测试实验台,分别在不同的管内水速、喷淋密度、热流密度以及蒸发温度条件下进行了实验,利用Wilson-Gnielinski图解法分离管内外的换热系数,得到了2种制冷工质管外降膜蒸发...     

微细通道中R32流动沸腾换热的数值模拟

利用VOF多相流模型对R32在1、2 mm水平光管内流动沸腾换热进行了二维非稳态数值模拟。模拟的工况为：质量流速100 kg·m²·s^-1,热通量12 kW·m^-2,饱和温度15℃。模拟结果显示：2 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、弹状流;1 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、受限泡状流、弹状流。利用模拟所得气相体积分数分布、温度分布,分析了R32管内流动沸腾过程中的基本规律和气泡运动特点,以及管径对流动沸腾换热过程流型的影响。利用数值模拟结果与实验结果进行对比,显示较好的一致性。     

超临界CO2/R41小通道内的换热特性

对R41和混合工质CO₂/R41 (20.5/79.5)、CO₂/R41(51.4/48.6)在直径为2 mm的水平光滑圆管中的超临界冷却流动换热特性进行了实验研究。质量流速范围为400～800 kg·m^-2·s^-1,压力为6.0～8.0 MPa,热通量为12～48 kW·m^-2,流体温度为20～80℃。3种工质的对流传热系数的极值随CO₂含量的增加而增大,在相同条件下R41的传热系数小于CO₂/R41的传热系数。混合物的超临界传热系数变化规律与纯R41相同。实验条件下,3种流体的传热系数在2～25 kW·m^-2·K^-1之间,压力的影响显著,越接近临界压力对应压力条件下的传热系数极值越高。在远离准临界点的区域传热系数随热通量变化不明显,而在准临界点附近对流传热系数的极值随热通量的增加而小幅减小。将实验结果与经验关联式计算结果进行了比较,有4个关联式的预测效果较好,误差均在±30%以内,预测误差随CO₂含量的增加而下降。