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。     

微细通道内R1234ze(E)和R134a冷凝特性的数值模拟

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volumeoffluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1 mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻力性能的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的换热系数和压降都随质量流速和干度的增大而增大。相同情况下,R1234ze(E)换热系数小于R134a,但压降大于R134a。R1234ze(E)的液膜厚度平均要比R134a薄15.7%。当气液两相都为湍流,有效热导率对不同工质在水平圆管内的冷凝换热性能有重要影响。R1234ze(E)在管内的液膜分布特性整体上和R134a相似。现有的关联式对R1234ze(E)的压降都存在一定的低估,平均绝对误差都在30%左右。     

微小通道内超临界R134a流动传热特性

超临界有机朗肯循环（supercritical organic Rankine cycle,SORC）是回收中低品位能源较理想的新型动力循环技术之一,而超临界有机工质的传热特性严重影响了系统能效,目前已成为制约有机朗肯循环技术向前发展的瓶颈。基于此,本文实验研究了超临界R134a在2mm微小通道内的流动传热特性,参数范围为：热流密度60~120kW/(m²·s),质量流速800~3000kg/(m²·s),压力4.1~5.1MPa,工质进口温度20~100℃,探讨了热流密度、质量流速、压力、流体焓值等参数对传热特性的影响规律。结果表明,传热系数随流体温度的升高先增加后减小,随质量流速的增加而增加,随着热流密度和压力的增加而减小。流体焓值在拟临界值附近出现压降平缓区。根据实验数据拟合得到了微通道内R134a的传热关联式,该关联式预测误差均在±10%之内,具有良好的预测精度。     

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。     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。     

R134a在菱形离散肋微小通道内的流动沸腾换热实验研究

研究了制冷剂R134a在角度分别为30°、60°和90°的菱形离散肋微小通道内的流动沸腾换热特性。微小通道内菱形离散肋分布区域长300 mm、宽20 mm,进口处饱和压力为(700±5)kPa,其他工况范围为：干度0～1,质量流率200～500 kg/(m²·s),热通量10～30 k W/m²。实验结果表明：离散肋中的流动沸腾换热受到核态沸腾和对流沸腾的共同作用,传热系数随质量流率和热通量的增加而增加,但随着干度的升高,热通量的作用减弱并趋于消失。此外,离散肋结构对流动沸腾换热有显著影响,相同工况下,90°菱形离散肋的传热系数高于30°和60°,且在高干度更显著。最后,基于实验数据和分析结论,提出了一个适用于预测不同结构离散肋微小通道中流动沸腾传热系数的计算关联式。     

微小通道内气液两相流数值模拟

基于CFD流体动力学计算软件FLUENT模拟了微小通道中气液两相流流动与换热,分析了截面方管与截面圆管内不同含气率下两相流的换热特性;对比微小通道内气液两相流的温度及含气率变化,分析得出同等条件下方管的换热特性更好。     

微小通道内不同润湿性表面流动冷凝传热

利用丝网烧结和聚四氟乙烯溶液（Teflon）浸渍法,在铜表面上制备了亲疏水匹配的结构,即在疏水四氟涂层上有阵列排布的椭圆亲水点,仅有四氟涂层的全疏水表面和不作修饰的全亲水铜表面作为对照,考察了以这三种表面为底部换热区域的矩形微小通道（水力直径1.5 mm）的换热特性和流动特性。实验的通道内蒸汽质量流速为10～60 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～1,亲疏水匹配表面与亲水表面相比,蒸汽冷凝传热系数（HTC）最高增加了454.6%,与全疏水表面相比,传热系数最高增加了107.3%,利用高速相机拍摄可视化照片,观察了通道内气液两相,尤其是表面液滴成核、聚并、冲刷的周期运动过程,解释了亲疏水匹配表面强化传热的机理。     

微小通道内不同润湿性表面流动冷凝传热

利用丝网烧结和聚四氟乙烯溶液(Teflon)浸渍法,在铜表面上制备了亲疏水匹配的结构,即在疏水四氟涂层上有阵列排布的椭圆亲水点,仅有四氟涂层的全疏水表面和不作修饰的全亲水铜表面作为对照,考察了以这三种表面为底部换热区域的矩形微小通道(水力直径1.5 mm)的换热特性和流动特性。实验的通道内蒸汽质量流速为10~60 kg·m-2·s-1,干度为0.3~1,亲疏水匹配表面与亲水表面相比,蒸汽冷凝传热系数(HTC)最高增加了454.6%,与全疏水表面相比,传热系数最高增加了107.3%,利用高速相机拍摄可视化照片,观察了通道内气液两相,尤其是表面液滴成核、聚并、冲刷的周期运动过程,解释了亲疏水匹配表面强化传热的机理。     

合成R134和R134a的新工艺

以一氯二氟甲烷（Ｒ２２）为原料,裂解成含四氟乙烯Ｃ２Ｆ４混合气,以钯为催化剂加氢合成１,１,２,２ 四氟乙烷（Ｒ１３４）,以铬为催化剂经异构化制得１,１,１,２ 四氟乙烷（Ｒ１３４ａ）。自行设计和制作了中试合成装置,加氢的最佳工艺条件是：反应温度为８０℃,Ｖ（Ｃ２Ｆ４）∶Ｖ（Ｈ２）＝１∶２～１∶４,气体流速２．５０～３．５０ｍ／ｍｉｎ,Ｃ２Ｈ４的转化率为８０％左右;异构化的最佳工艺条件是：温度３００℃,异构化后的混合物中Ｒ１３４ａ的体积分数达７２．６％。     

竖直通道内水平管束自然对流的数值模拟

采用非稳态的层流模型对竖直通道内水平管束的自然对流换热进行了数值模拟。分析了管间距以及瑞利数的变化对管束自然对流的流动和换热特性的影响。数值模拟结果表明:随着管间距和瑞利数的增大,管间的流动由稳定的对称状态逐渐发展为随时间的周期震荡状态和混沌的震荡状态,并给出了管后所有对称流动状态消失的临界管间距和瑞利数。圆管换热在瑞利数较小时随管间距的增大变化较小,当瑞利数在106≤Ra≤108范围时,圆管换热总体随管间距的增大而减小。     

方形微通道内流动凝结时气液相界面演进过程的数值模拟

基于VOF模型,模拟了R32在水力直径为50μm的方形微通道内流动凝结时的气液两相流型演进过程,模拟涉及的流型包括环状流、喷射流、泡状流和收缩泡状流。模拟结果显示,由于沿通道周向气液界面存在曲率差异,凝结液内部存在表面张力导致的横向压力梯度,驱使凝结液流向通道壁面拐角处,减薄通道壁面中部液膜厚度。基于势能最小原理,解释了表面张力与界面黏性力主导的喷射流形成机理。小质量流率时,喷射流诱发环状流上游气液界面波动,界面波动在界面黏性力的作用下逐渐生长。这与大质量流率时,流向下游并逐渐生长的界面波动导致流型转换的机理不同。     

方形微通道内流动凝结时气液相界面演进过程的数值模拟

基于VOF模型,模拟了R32在水力直径为50 μm的方形微通道内流动凝结时的气液两相流型演进过程,模拟涉及的流型包括环状流、喷射流、泡状流和收缩泡状流。模拟结果显示,由于沿通道周向气液界面存在曲率差异,凝结液内部存在表面张力导致的横向压力梯度,驱使凝结液流向通道壁面拐角处,减薄通道壁面中部液膜厚度。基于势能最小原理,解释了表面张力与界面黏性力主导的喷射流形成机理。小质量流率时,喷射流诱发环状流上游气液界面波动,界面波动在界面黏性力的作用下逐渐生长。这与大质量流率时,流向下游并逐渐生长的界面波动导致流型转换的机理不同。     

新型制冷剂R134,R134—R134a及R134—R22的热力学性质

采用马丁－侯８１型方程对制冷剂Ｒ１３４、Ｒ１３４－Ｒ１３４ａ及Ｒ１３４－Ｒ２２的热力学性质进行了系统的计算，并绘制了Ｒ１３４的热力学性质图表，为Ｒ１３４在制冷业及相关领域的应用提供了依据。     

R134a在不锈钢三维翅片管外的冷凝传热研究

在饱和温度为39℃,壁面过冷度为3.2~10.5℃条件下,实验研究了R134a在不锈钢三维翅片管外的冷凝传热性能。结果表明,光滑管的冷凝传热系数比Nusselt理论公式的计算值低4.8%,不锈钢三维翅片管的平均冷凝传热系数是不锈钢光滑管的3.34倍。     

HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝换热特性

环保工质与高效冷凝管的应用对制冷行业实现节能减排意义重大,工质在强化管外膜状凝结换热特性是二者推广应用的关键。建立了水平管外膜状凝结换热试验系统,研究了HFC134a在4种二维肋管与2种三维肋管外的膜状凝结传热特性。试验管公称外径为19.05 mm、有效换热长度为1000 mm;试验中,通过改进的Wilson图解法获取试验管水侧对流传热系数。结果表明： HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝传热系数分别达到同热通量下光管的11倍与19倍以上;HFC134a工质对应最佳二维肋管的肋密度在1069～1575fpm（肋每米）之间、肋高在0.7～1.5 mm之间,对应最优三维肋管（与本文试验肋型相似）肋密度低于2000fpm;既有二维肋管膜状凝结换热模型需要进一步完善,肋管结构优化过程中应遵循优先提升肋密度的原则。     

HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝换热特性

环保工质与高效冷凝管的应用对制冷行业实现节能减排意义重大,工质在强化管外膜状凝结换热特性是二者推广应用的关键。建立了水平管外膜状凝结换热试验系统,研究了HFC134a在4种二维肋管与2种三维肋管外的膜状凝结传热特性。试验管公称外径为19.05 mm、有效换热长度为1000 mm;试验中,通过改进的Wilson图解法获取试验管水侧对流传热系数。结果表明:HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝传热系数分别达到同热通量下光管的11倍与19倍以上;HFC134a工质对应最佳二维肋管的肋密度在1069~1575fpm(肋每米)之间、肋高在0.7~1.5 mm之间,对应最优三维肋管(与本文试验肋型相似)肋密度低于2000fpm;既有二维肋管膜状凝结换热模型需要进一步完善,肋管结构优化过程中应遵循优先提升肋密度的原则。     

矩形微通道中环状冷凝的三维数值模拟

建立了恒热流边界条件下矩形微通道中环状冷凝过程的三维模型。通过求解气相和弯月面区动量和质量方程及薄液膜厚度方程,得到了弯月面毛细半径分布、冷凝液膜厚度分布,以及传热系数和壁面温度分布。薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚,到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中,薄液膜区的传热系数大于弯月面,最大局部传热系数及壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。[JP2]在冷凝起始段,通道横截面平均传热系数沿程急剧减小至一极值;在此之后的很长一段距离内,则基本保持不变;[JP]直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。     

R134a价格再创新高

日前,R134a内销出口价格再度上涨．国内六家生产介业R134a内销散水出厂报价基本在4．8万元／吨或以上,R134a出口FOB报价在6．5美元／千克或以上。内销山厂价格相比去年同期,增长77．8％。     

R134a/R125混合工质水平管外凝结换热

对纯工质R134a以及R134a/R125在三种不同组成比例下的混合工质,在光管和相同肋密度的二维及三维强化管外进行凝结换热试验研究。结果表明:R134a在光管外凝结表面传热系数与Nusselt数理论值的相对偏差均在±10%以内,R134a在光管及强化管外凝结表面传热系数变化趋势与Nusselt数理论解相一致。与纯R134a相比,含R125的混合工质管外凝结表面传热系数均所有下降;对于光管,含R125的混合工质管外凝结表面传热系数随壁面温差的增大而下降,但对于强化管,含6%及以上的R125混合工质,其凝结表面传热系数随壁面温差的增大而增大,有接近纯R134a凝结表面传热系数的趋势,表明混合工质凝结换热热阻分布与纯工质有较大差异。相同组分的工质,三维强化管凝结表面传热系数均高于二维强化管,二维强化管亦明显高于光管,在壁面温差为8K时,强化管HT-3D、HT-2D相对于光管的传热强化倍率分别为9.83和7.85。