以乙醇溶液为冷却工质的开式喷雾冷却系统实验研究

在开式循环喷雾冷却系统上研究质量分数分别为10%、20%、30%、50%、70%、99%的乙醇溶液对喷雾冷却效果影响,结果表明:热沉表面热流密度和传热系数先随乙醇水溶液浓度的增大先增大,当乙醇质量分数为50%时达到最大值,随后随乙醇浓度的增大而减小。体积流量0.944 46L/min,乙醇质量分数为50%时,喷雾冷却传热系数为6.41 W/(cm~2·K),热流密度为216.04W/cm~2,较之纯水传热系数增加了34.95%,热流密度增加了24.9%。结果表明使用乙醇溶液作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。推导了反映介质喷雾特性和蒸发强度对换热影响的光滑表面量纲一换热准则方程,涉及的物理参量较少,因此可方便用于工程设计。     

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。     

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。     

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。     

PVDF全塑蒸发器的制备及其性能研究

针对金属蒸发器易腐蚀结垢的缺陷,提出了全塑蒸发器的概念.设计和制备了以PVDF微孔膜为分布器、以PVDF毛细换热管为传热介质的全塑蒸发器,建立单效蒸发实验装置,研究了全塑蒸发器的传热性能.结果表明,在实验参数范围内总传热系数随着冷流体质量流量、冷流体进口温度、热流体质量流量、二次蒸汽蒸发温度的增大而增大;当热流体为373K饱和水蒸气、热流体质量流量2.5kg/h、冷流体进口温度308K、冷流体质量流量10.8kg/h、二次蒸汽的蒸发温度为358K时,全塑蒸发器总传热系数可达1 040 W/(m~2·K).     

真空冷凝锅炉管束效应研究

试验对真空冷凝锅炉中的叉排水平换热管的管束效应进行了研究。为了解真空锅炉中冷却水流速、进出口温度、热通量、不凝性气体等参数对管束效应的影响规律,试验设置了不同的工况,得到换热管束中各单管的冷凝传热系数,结果呈现出一定的规律。分析试验结果得出,真空环境下的叉排管束冷凝换热规律与Nusselt模型相差较大,当热通量较大时,模型预测值偏低。不凝性气体含量的多少对换热效率的影响很大,当含量增加约100%时,冷凝传热系数降低约70%。叉排换热管束第5、6排处于换热薄弱地带,对其进行强化换热如在第5、6排管加装翅片或将其换成强化管等,以提高局部冷凝传热系数,从而提高管束整体的传热系数和锅炉的换热效率。     

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。     

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。     

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)。     

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。     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。     

微槽道表面喷雾冷却的实验研究

本文建立了以蒸馏水为工质的开放式喷雾冷却系统,研究了工质体积流量、槽道宽度、槽道高度对喷雾冷却系统换热性能的影响。结果表明:保持槽道高度为0.8 mm,喷雾流量为0.45 L/min时,随着槽底宽度从4 mm减小至1 mm,传热系数增加了41%;而当喷雾流量为1.25 L/min时,表面传热系数仅增加了8.5%,因此减小槽底宽度对喷雾冷却效果有一定的促进作用,但大流量时并不明显;保持槽底宽度为2 mm,改变槽道高度,当喷雾流量为0.45 L/min时槽道高度对热沉表面的换热影响较大,存在最优槽道高度(0.8 mm),此时热流密度和表面传热系数分别为198.5 W/cm~2、2.75 W/(cm~2·K),与光滑面相比增加了21.25%和30.95%,且存在最低表面温度;而当喷雾流量增至1.25 L/min时,喷雾冷却效果随着槽道高度的增加而持续增加。在以上基础上推导了微槽表面喷雾冷却强化换热机理,得出反映槽道尺寸对换热影响的微槽群表面无量纲准则方程。     

Condensation heat transfer of a pure fluid and binary mixture outside a bundle of smooth horizontal tubes. Comparison of experimental results and a classical model

The condensation of pure HFC134a and different zeotropic mixtures with pure HFC134a and HFC23 on the outside of a bundle of smooth tubes was studied. The local heat transfer coefficient for each row was experimentally determined using a test section composed by a 13×3 staggered bundle of smooth copper tubes, measuring cooling water temperature in the inlet and the outlet of each tube, and measuring the vapour temperature along the bundle. All data were taken at the inlet vapour temperature of 40°C with a wall subcooling ranging from 4 to 26 K. The heat flux was varied from 5 to 30 kW/m² and the cooling water flow rate from 120 to 300 l/h for each tube. The visualisation of the HFC134a condensate flow by means of transparent glass tubes reveals specific flow patterns and explains the difference between the measured values of the heat transfer coefficient and the calculated values from Nusselt's theory. On the other hand, the experimental heat transfer data with the binary mixtures HFC23-HFC134a show the important effects of temperature glide and the strong decrease of the heat transfer coefficient in comparison with the pure HFC134a data. The measured values with the different zeotropic mixtures were compared with the data calculated with the classical condensation model based on the equilibrium model. An improvement of this model is proposed.     

板式蒸发式冷凝器的性能实验

对板式蒸发式冷凝器进行的性能测试结果表明,在一定的结构形式下,存在最佳的入口风速和喷淋密度。同时根据实验结果拟合出板外水膜一空气间的传质系数关系式。另外,对基于同一蒸气压缩式制冷机组的水平管式和板式蒸发式冷凝器性能进行试验对比。结果表明,在测试条件下,采用板式蒸发式冷凝器的空调冷凝系统能效比提高了2．01％～3．1％,热流密度提高了20％～26％;与管式蒸发式冷凝器相比,板式蒸发式冷凝器换热器体积有所减小,而风机阻力和水泵功率略有增加。     

R134a喷雾冷却系统换热性能研究

本文建立了以R134a为冷却工质的封闭式喷雾冷却系统,研究了工质过冷度、质量流量和热流密度对喷雾冷却系统换热性能的影响。其中,工质过冷度由喷嘴入口前的过冷段控制,质量流量通过变频齿轮泵调节,热流密度通过改变加热电源电压和电流控制。实验结果表明,在热流密度和质量流量保持不变时,改变过冷度对热源表面温度和换热系数的影响并不明显;在热流密度和过冷度保持不变的条件下,系统存在一个临界质量流量值,在质量流量达到临界值之前,热源表面温度随质量流量的增大而降低,当质量流量高于临界值时,热源表面温度随质量流量的增大而升高;当质量流量和过冷度保持不变时,存在一个热流密度使液滴的蒸发量等于补充量,在此热流密度下热源表面系数能达到最大。     

An experimental study of the fluid flow and heat transfer characteristics in micro-condensers with slug-bubbly flow

Experiments were conducted to study the condensation flow pattern in silicon micro-condensers using water as the medium. Slug-bubbly flow was found to be one of the dominant flows in the micro-condenser and it was a major factor in determining the heat transfer and pressure drop properties of the fluid inside the micro-condenser. The transition from the slug-bubbly flow to a mixed flow pattern was studied. A correlation was obtained to predict when the transition of the flow pattern would occur. Only slug-bubbly flow existed under low steam mass flow rate and high heat transfer rate conditions. As the steam mass flow rate increased or the heat transfer rate dropped, the mixed flow pattern would then appear. In the slug-bubbly flow regime, the heat transfer coefficient and pressure drop in the micro-condensers were investigated in detail. It was found that micro-condensers with smaller channels could exhibit higher heat transfer coefficients with the same Reynolds number. The condensation heat transfer coefficient was higher than that in the tubes with the diameter of centimeter. Pressure drops in the micro-condensers with smaller channels were higher due to the increased transition loss. At the same time, the pressure drop in the micro-condenser was found to be lower than what could be predicted using the macro-scale correlation. Increasing the heat flux would create a longer bubble–film region and fewer unit cells in the micro-condenser resulting in an increased heat transfer coefficient and a decreased pressure drop.     

超临界甲烷在印刷电路板换热器中加热过程模拟

印刷电路板换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)是一种新型微通道换热器,其换热的高效性和集成性非常适合用于LNG接收站的中间流体换热器(IFV)中。对超临界甲烷在PCHE中的对流换热进行数值模拟,研究了质量流量、入口压力、热通量及通道形状对微通道内甲烷换热系数的影响。结果表明,表面换热系数随温度的变化先增大再减小,并在假临界温度处达到最大值;PCHE半圆形通道内的换热特性高于普通圆形通道;其换热系数随流速的增加而增加;随热流密度的增加而增加;压力对换热特性的影响与介质所处的温度区间有关。     

开架式气化器竖直圆管内超临界氮换热实验研究

目前国内外对液化天然气(LNG)接收站的开架式气化器中超临界天然气的流动换热实验研究非常少,本文为了研究开架式气化器中竖直管内超临界流体的流动换热特性,搭建了竖直单管超临界流体换热实验平台。以液氮代替液化天然气,研究了氮入口压力、水温和水流量等不同参数对换热的影响。结果表明:在拟临界温度以下,表面传热系数随着压力的增大逐渐减小,但拟临界温度以后,这种趋势相反;当水流量足够大时,氮出口温度取决于管外水温而不是水侧流量。最后,基于实验数据拟合出了适用于竖直圆管内超临界低温流体流动换热的半经验关联式,关联式预测值和实验值的平均绝对偏差为8.42%,可以准确预测竖直加热管中超临界氮的表面传热系数。