R32在水平管内流动沸腾换热特性的试验研究

对R32在水平光滑管和微肋管(外径均为7mm)内的沸腾换热特性展开试验研究,测试的制冷剂质量流速为100~250 kg/(m~2·s),饱和蒸发温度为7~11℃,热流密度为3~8 kW/m~2,测试管内制冷工质平均干度值为0~0.7。试验结果表明:热流密度是影响R32沸腾换热系数的主导因素之一,质量流速的增大、饱和蒸发温度的升高、热流密度的增大均有利于提高R32的沸腾换热系数;微肋管有强化传热的效果,其平均沸腾换热系数比光管增大11.8%~33.2%;干度对R32沸腾换热系数的影响比较复杂,R32的沸腾换热系数随干度的增加先增大后减小,这是由于出现了干涸值,本文试验测得的干涸值范围为0.41~0.57,制冷剂质量流速的降低和热流密度的增大均有利于干涸值的增大。     

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。     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

R134a水平微细管内流动沸腾换热的实验研究

本文对R134a在水平微细管内的流动沸腾进行了实验研究。实验测试段选用了内径为1 mm、2 mm、3 mm共3种不同的水平光滑不锈钢管,实验的饱和温度为5~30℃,热流密度为2~70 k W/m2,流量范围为200~1500 kg/(m2·s)。实验结果表明:相同条件下,干涸前2 mm管较3 mm管换热系数平均增幅为11.6%,1 mm管较2 mm管换热增幅为26.3%,1 mm管径换热系数比3 mm管径平均增大40.8%。随着管径的减小,换热系数在更低的干度开始减小,质量流速和强制对流蒸发作用对换热系数的影响变小,热流密度的影响依然显著;塞状流和弹状流区域减小,泡状流和环状流区域增大。     

R1234ze(E)在水平圆管内流动沸腾换热过程中摩擦压降特性实验研究

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP而被广泛关注,有望在热泵中作为R134a的替代品。本文对R1234ze(E)在内径为8 mm水平管内流动沸腾过程中摩擦压降特性进行实验研究,并在相同实验工况下与R134a进行对比。实验研究的流动沸腾换热的饱和温度为10℃,热流密度为5.0 k W/m~2和10.0 k W/m~2,质流密度范围为300~500 kg/(m~2·s),并分析质流密度、热流密度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾过程中摩擦压降的影响。结果表明,在相同工况下R1234ze(E)的流动沸腾过程的摩擦压降略大于R134a,如质流密度为500 kg/(m~2·s)时,R1234ze(E)的平均摩擦压降值比R134a大8.4%左右。最后,将实验结果同四种摩擦压降经验关联式进行比较分析。     

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。     

R290在水平微细圆管内沸腾换热特性研究

本文研究了R290在内径为1 mm、2 mm和4 mm水平微细圆管内的沸腾流动换热特性,在饱和温度为15℃条件下,质量流速为50～600 kg/(m²·s)、干度为0～1、热流密度为5～20 k W/m²时,对沸腾传热系数的影响进行了分析。通过实验发现,增大质量流速对传热系数具有增强作用,质量流速对传热系数的影响在低干度区域比高干度区域小。在热流密度方面,传热系数随着热流密度的增大而增大,且在1 mm和2 mm管内观察到了临界干度对传热系数的影响,这时传热系数有断崖式下降的趋势。在管径对于传热系数的影响方面,通过对不同管径换热特性的横向对比,发现在一定工况下传热系数随着管径的减小有所上升。此外本文还对R290已有的部分关联式进行了适配性验证。     

蒸发温度对强化换热管管外核态池沸腾换热性能的影响

对R134a在水平强化管(Φ25 mm)外核态池沸腾进行了实验研究。通过Wilson图解法求得管内换热准则关系式,通过改变蒸发温度(5.6℃,0℃,-2℃,-4℃,-6℃,-8℃)和热流密度(4~55 k W/m2),得到了管外沸腾换热系数随热流密度和蒸发温度变化的规律。实验表明,管外沸腾换热系数随着热流密度和蒸发温度的升高而增加。结合实验数据,提出了一个新的管外池沸腾换热关联式,该关联式与实验数据点的偏差显示,95%的数据点的相对误差在±20%以内。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优点,可以强化流动沸腾换热的效果.本文在实验工况为孔密度10～40 PPI,干度0.1～0.9,质流密度90～180 kg/(m2·s),热流密度12.4～18.6 kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性...     

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。     

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。     

CO_2水平管外池沸腾换热的实验研究

对自然工质CO2在不同沸腾压力下的光管、机械加工表面强化管(Turbo-EHP)水平单管管外电加热池沸腾进行了实验研究。从核态沸腾的角度分析了光管、强化管管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律,通过对热流密度在10~50k W/m2、蒸发压力在2~4 MPa范围内的换热数据分析拟合得出光管时CO2在该范围下的换热关联式,拟合关联式的计算值和实验值的误差在±8.73%以内。新的拟合关联式的计算值与已有关联式的预测值的偏差在±15%之内。在热流密度范围内强化管的强化倍率在1.50~1.72之间。研究结果对进一步深入研究CO2池沸腾换热及蒸发器的设计具有指导意义。     

NH_3-LiNO_3与NH_3-NaSCN在水平管内沸腾换热特性的试验对比分析

通过试验对比分析氨盐工质对在水平管内的沸腾换热特性,分析热流密度、质量流量及出口干度对沸腾换热系数的影响。试验结果表明,热流密度对于氨盐在水平管内的沸腾换热系数有主要作用,核态沸腾机制占主导地位;在相同工况下,NH_3-NaSCN溶液的沸腾换热系数比NH_3-LiNO_3溶液的沸腾换热系数略大,主要原因是前者黏度相对较小。Jiang J.等拟合的NH_3-LiNO_3工质对在水平管内的沸腾换热系数的关联式能够准确预测NH_3-NaSCN的沸腾换热系数。试验结果对于氨盐溶液在余热废热驱动的吸收式空调中的应用有着积极的促进作用。     

采用多通道直冷板的两相循环冷却系统实验研究

本文搭建了以R1233zd(E)为工质的多通道直冷板两相循环冷却系统,并在冷凝温度为10、15、20 ℃,质量通量147~882 kg/(m2?s),热流密度7.73~39.75 kW/m2工况下对系统热力学循环和冷却性能进行实验研究。实验结果表明：质量通量上升,出口制冷剂焓值降低,热流密度上升,蒸发压力与出口制冷剂焓值升高。不同热流密度下冷板壁面温度随质量通量的变化趋势有所不同：当热流密度为7.73 kW/m2时,制冷剂质量通量由147 kg/(m2?s)增至735 kg/(m2?s),最大温差由2.9 K降至1.6 K;当热流密度为39.75 kW/m2时,最大温差由3.6 K增至5.2 K。不同质量通量下,换热系数随热流密度增加有不同幅度的升高：质量通量为147 kg/(m2?s)时,换热系数由1 843 W/(m2?K)增至4 528 W/(m2?K);而质量通量为588 kg/(m2?s)时,在相同条件下换热系数由1 536 W/(m2?K)增至3 569 W/(m2?K)。     

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。     

微细管内CO2流动沸腾换热特性研究

针对CO2作为制冷剂在微细通道内流动沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与换热系数实验研究定量与定性的分析了热流密度：2~35 kW/m2,饱和温度：﹣10 ℃ ~15 ℃工况时,内径为1 mm、2 mm圆管内的换热系数。实验结果表明：热流密度的增加强化了微细通道内工质核态沸腾换热,使换热系数得到显著提高;换热系数随饱和温度非单调变化,饱和温度较高时,越接近CO2临界温度其换热系数随饱和温度升高而增加,当饱和温度在低温工况时换热系数则随其降低而增加,换热过程中发生干涸干度随饱和温度升高而单调降低。     

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.     

R410A微通道内沸腾换热实验研究

在内径为2 mm的水平不锈钢微通道内对R410A的沸腾换热特性进行了实验研究。质量流率为200~600 kg/(m2·s),热流密度的范围为5~15 k W/m2,干度的范围为0.1~0.8,饱和温度为0℃和5℃。结果显示,当干度大于0.5时,随着热流密度的上升,沸腾换热系数显著上升,其平均增幅分别达到了4.6%和7.7%。当干度小于0.5时,热流密度对换热系数的影响十分微弱。随着质量流率的上升,换热系数均出现了小幅上升,其平均增幅也分别达到了1.1%和2%。而饱和温度对换热系数则几乎没有影响。随后,对可能的机理进行了讨论。实验结果又与Choi K I等以及Ebisu T等在内径分别为1.5 mm,3 mm和6.4mm管道内的研究结果进行了比较。结果显示,在相似工况下,随着管径的下降,当干度小于0.5时,换热系数呈现出上升的趋势,其平均增幅分别达到了18.4%,23.6%和19.5%。     

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。     

R410A和R22在小管径水平管内冷凝换热特性研究

本文搭建了冷凝换热实验台,对R410A和R22管内冷凝换热系数性能进行对比研究,实验工况为质量流速200~800kg/(m^2·s)、饱和温度40℃、干度0~1、5 mm外径水平光滑铜管,分析了质量流速和干度对管内冷凝换热的影响,并将应用于传统管道的关联式与实验所得数据进行对比。结果表明:冷凝换热表面传热系数与质量流速和干度呈正相关,高干度区域时的冷凝换热表面传热系数增幅显著;M. M. Shah[4]关联式来预测实验数据的效果并不理想,与实际值相比偏差最大可达60%,但是预测低质量流速和低干度区的数据较为理想;当质量流速较小(G=200 kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数要低于R22;随着质量流速的增大(G=400 kg/(m^2·s)),二者冷凝换热表面传热系数的差距减小;当达到中高质量流速(G=600kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数与R22的相似;当质量流速继续增大(G=800 kg/(m^2·s))时,R410A的冷凝换热表面传热系数随着干度的增大开始高于R22的。