非共沸混合工质管内流动凝结换热系数的分析与计算

对非共沸混合工质R32 /R134a的管内流动凝结局部换热系数进行了理论分析和计算 .计算表明 ,非共沸混合工质的管内流动凝结换热系数总是低于具有等同物性的纯工质的换热系数 ,其换热系数下降的程度不仅受浓度的影响 ,还受干度的影响 .对混合工质R32 /R134a而言 ,换热系数的极小值出现在R32质量分数为10 %～ 30 %的区域内     

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。     

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8 K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。     

非共沸混合工质R32/R134a在水平微翅管内流动沸腾特性

对非共沸混合工质R32/R134a在5种水平微翅管内的流动沸腾特性进行了实验研究,获得了传热系数随质量流量、热通量及干度的变化关系,并对各种工况下的换热机理进行了分析和讨论.同时,对R22和R32/R134a在微翅管与光管内水平流动沸腾传热系数进行了比较.     

强非共沸工质R134a/R23/R14汽液相平衡和压焓图的构建及应用

基于PR状态方程,分模块模拟计算了三级自动复叠制冷系统中R134a/R23/R14三元混合工质的热物理特性参数,得到非共沸混合工质的汽液平衡数据、两相组分,并利用干度计算焓熵值,构建了典型配比下混合工质的压焓图和汽液相平衡图。二元R134a/R23和R32/R134a混合工质的泡点压力和气相组分的计算值与实验测试值的误差分别小于1.3%、1.2%和1.0%、2.4%;三元R32/R125/R134a混合工质95%的计算值与实验值的偏差在±5%之内,表明该模型能满足工程计算需要。利用理论模型,结合实验系统,对R134a/R23/R14三级自动复叠制冷系统进行详细的组分等热物性分析,并在空间压焓图上进行了详细表述。     

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/(m~2·s),热通量范围10—25 kW/m~2。研究结果表明:工质R134a与R1234yf在管内沸腾换热系数均随质量速度和热通量的增加而增加,随平均干度的增加呈先增加后降低的趋势;相同工况下R134a的沸腾换热系数比R1234yf高8%—21%,干度较低时沸腾换热系数相差较小;换热系数预测关联式偏差验证结果显示,Kim和Mudawar关联式对R134a的预测精度较高,Liu和Winterton关联式更适用于R1234yf的换热系数预测。     

水平管内R245fa/R141b沸腾换热特性的实验研究

针对新型混合工质R245fa/R141b,开展水平光滑管(外径10 mm)内工质沸腾换热特性的实验研究,对比纯工质与混合工质的换热性能及4种常用关联式的预测精度。结果表明：纯工质与混合工质的沸腾传热系数均随质量流速和热通量的增加而增大,随饱和压力的增加而减小;随干度的增加,沸腾传热系数均先增大后减小,即存在“过渡干度”,且混合工质的过渡干度大于纯工质;干度小于0.55时,混合工质传热系数小于纯工质;干度大于0.55后,混合工质的传热系数更高;随R245fa质量分数的增加,混合工质的沸腾传热系数增大。在所选关联式中,Gungor-Winterton关联式能准确地预测工质在光滑管内的沸腾换热特性,平均相对误差为16.67%。     

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。     

R410A、R404A、R407C在水平强化换热管外的凝结换热

研究了R410A、R404A、R407C在水平强化管外的凝结换热,并进行了换热性能的对比。实验管为常用的管内螺纹、管外斜翅的三维低肋管。应用威尔逊图解法对实验数据进行处理,得到管内对流换热系数并给出Dittus-Boelter形式的强化管管内对流换热关联式,再根据热阻分离的方法得到管外凝结换热系数。结果表明,在相同换热参数下,凝结换热系数大小依次为R410A、R404A、R407C。3种制冷工质应用于该强化换热管的换热增强倍率分别在9.53~14.07、6.81~11.48和3.23~5.28的范围。而R410A、R404A和R407C在强化管内的强化倍率分别为1.77、1.73和1.76,三者相差不大。R410A管外凝结换热系数随着壁面过冷度的增大而减小,与单一制冷工质这一冷凝特性相同;而R404A和R407C与R410A不同,随着壁面过冷度的增大,管外凝结换热系数增大,这主要是非共沸制冷工质管外凝结过程存在的气膜热阻所致。     

R417A和R22在光管和强化管外的凝结换热特性比较

对氟利昂R417A与R22在水平单管外的凝结换热性能进行了试验研究,试验工况温度40℃,试验管为光管和两根双侧强化管(其中C32为肋密度50fpi二维强化管,C36为相同肋密度三维强化管).目的是获得R417A在光管、二维、三维强化管外的凝结换热特性,进而研究R417A替代R22的可行性.通过Wilson热阻分离试验获得管内对流换热系数,进而从总传热热阻中分离出管外凝结换热热阻.结果显示,光管管外R22凝结Nusselt理论值与实验值偏差在±5％以内.R417A在光管外凝结换热系数约为R22的65％,而在C32、C36管外凝结换热系数分别占R22的50.8％～60.0％,31.7％～42.7％.R22在三维强化管C36外凝结换热系数是相同肋密度下二维强化管C32的1.27～1.44倍,而R417A在C32管外凝结换热系数略高于C36管,表明三维强化表面未必能进一步强化非共沸工质R417A的凝结换热.     

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。     

混合制冷工质核态沸腾的传热研究

Heat transfer coefficients in nucleate pool boiling were measured on a horizontal copper surface for refrigerants, HFC-134a, HFC-32, and HFC-125, their binary and ternary mixtures under saturated conditions at 0.9MPa. Compared to pure components, both binary and ternary mixtures showed lower heat transfer coefficients.This deterioration was more pronounced as heat flux was increased. Experimental data were compared with some empirical and semi-empirical correlations available in literature. For binary mixture, the accuracy of the correlations varied considerably with mixtures and the heat flux. Experimental data for HFC-32/134a/125 were also compared with available correlated equation obtained by Thome. For ternary mixture, the boiling range of binary mixture composed by the pure fluids with the lowest and the medium boiling points, and their concentration difference had important effects on boiling heat transfer coefficients.     

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。     

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。     

填充泡沫铜圆管内R32单相流动换热

在泡沫金属纤维两端布置电极,采用电加热方法,实验测量了填充泡沫金属的管内R32流体和泡沫金属纤维的温度分布,得到了泡沫纤维与流体之间的对流传热系数。实验条件为：实验段管径5 mm,泡沫铜孔隙率0.95,孔隙密度15、45 PPI,流体温度280~325 K,热通量1~18 kW·m^-2,质量流速20~200 kg·m^-2·s^-1。实验及模拟结果表明：泡沫纤维与单相R32的对流传热系数随Re、泡沫铜的孔隙密度的增大而增大。基于流体外掠光滑圆管换热实验数据的Zukauskas经验关联式的预测值与泡沫金属纤维和R32流体之间的对流传热系数的实测值偏差为-35%~-67%,即该关联式不适用于泡沫金属纤维与流体之间的对流传热系数的预测。     

Measurement of thermal diffusivities with the photoacoustic effect

A non-resonant photoacoustic detector was used to determine thermal diffusivities of the refrigerants R134a and R32. The measurements were carried out at temperatures ranging from 294 K to 363 K at pressures close to the dilute gas region. The uncertainty for the experimental data of R134a and R32 is ±1.25%. With the aid of accurate equations of state for density and isochoric heat capacity, the measured thermal diffusivities were converted into thermal conductivities. Further improvements of the experimental setup were outlined leading to an uncertainty of ±0.65% with respect to thermal diffusivity.     

水平管内R1234yf的流动沸腾换热特性

通过实验研究了环境友好型制冷剂R1234yf在内径为0.5mm的水平圆形微通道内的流动沸腾换热特性,测量了不同工况下R1234yf的沸腾换热系数（HTC）,并与传统制冷剂R134a进行了对比,分析了质量流速、热流密度和干度对换热系数变化规律的影响。实验条件为：饱和温度(17±1)℃,质量流速1000～2500kg/(m2·s),热流密度25～143kW/m2。实验结果表明：R1234yf的换热系数随着热流密度的增大而显著增大,而质量流速和干度的影响较小,核态沸腾为其主导换热机制。对比R1234yf和R134a在相同工况下的换热特性,发现两种工质的平均换热系数差别较小,并均随着热流密度增大而逐渐增加,但是R1234yf发生干涸（Dryout）时的热流密度小于R134a。将实验数据与已有文献中的核沸腾主导的经验关联式的预测结果进行了对比,得到了较好的吻合。