R410A水平三维强化管蒸发换热实验

针对传热管内蒸发换热特性,开展了R410A在铜及不锈钢光管和涟漪纹管管内换热特性的实验研究,分析了部分流型对管内蒸发的换热机理。实验工况：饱和温度为6℃,制冷剂质量流速为100～200 kg·(m²·s)^-1,干度范围0.1～0.9。验证了光滑管内的流型,结果与Wojtan流型图的预测具有较好的一致性。实验结果表明：蒸发换热系数随质量流速增加而增加。换热系数与流型相关。压降主要取决于质量流速和干度。与光滑管相比较,传热强化率为1.27～1.96,沸腾压降增加了11%～36%。     

不同强化换热管内流动沸腾换热特性对比

采用实验方法对比制冷剂R410A在6根强化换热管和1根光滑管内的流动沸腾换热特性. 实验测试段饱和温度为6 ℃,进出口干度分别为0.2和0.9,质量流速变化范围为80～350 kg/（m²s）.实验结果表明：三维强化管相对光滑管流动沸腾换热系数的强化倍率可达1.14～1.53,因为强化表面上的凹痕阵列能够增强两相间湍动、提高汽化核心数目并打断液膜边界层制造分离流和二次流从而强化换热. 三维强化管中,管1EHT在低质量流速范围内具有较好的换热性能,而管2EHT在相对较高的质量流速时强化性能更优;齿形参数不同的3根内螺纹管间的换热系数差距较大,其中当内螺纹管螺旋角足够大时齿高与液膜厚度之比相近的内螺纹管具有较好的换热性能.     

纳米制冷剂在水平光管内沸腾换热的实验研究

纳米制冷剂能否强化管内沸腾换热,目前尚无明确的结论.将配制0.1 g/L的CNTs/R141b纳米制冷剂在内径为8.12 mm的水平光滑圆管内进行沸腾换热实验,光管采用电加热丝进行恒热流密度加热.纳米制冷剂采用HCFC141b混加碳纳米管,体积密度为0.1 g/L.实验测试范围为：（i）质量流速为95.7-382.9 kg/（m2.s）;（ii）热流密度为5-20 kW/m2;（iii）入口干度为0.1-0.8.考察了质量流速、干度及热流密度等因素对纳米制冷剂管内沸腾换热的影响.实验结果表明：在低质量流速（95.7 kg/（m2.s））下纳米制冷剂能够强化管内沸腾换热,随着流量及平均干度增加,纳米制冷剂强化换热的效果将会变小,甚至引起换热恶化.     

钛波槽管水平管外凝结换热的实验研究

在常压条件下,对水平钛波槽管管外凝结换热及流阻特性进行了实验研究.在实验参数范围内,5号波槽管的总传热系数为光管的1.54～1.64倍,而管内水阻约为光管的3.39～4.42倍.通过对实验数据的回归分析,得到了管内对流换热、管外凝结换热及阻力系数的实验关联式.在管径及壁厚一定的条件下,波槽管的节距和槽深有一个最佳组合.根据实验结果,推荐最佳结构参数为(ψ)=0.001 35～0.003 606.结果表明,钛波槽管是实现船用冷凝器小型化较为理想的强化管管型.     

先进微翅凹坑复合强化表面管外流动沸腾换热预测模型

采用实验方法对比制冷剂在3根强化管和1根光滑管外环形侧的流动沸腾换热和压降特性。实验采用的3根强化换热管分别是具有螺旋微翅片的换热管(HB管)、具有凹坑结构的换热管(DIM管)和同时具有螺旋微翅片和凹坑复合结构的换热管(DIM/HB管)。实验的饱和温度为6℃,质量流速范围是75～225 kg·(m²·s)^-1,进出口干度分别保持在0.2和0.8。从流动沸腾换热实验结果可以看出,具有复合结构的DIM/HB管展示出最高的换热系数,约为光滑管的1.54～2.23倍。但同时DIM/HB管也展示出相对较高的摩擦压降,约为光滑管的1.26倍。基于文献中2种经典的蒸发换热预测关联式分别对预测模型进行修正,通过比较发现,基于Thome关联式的修正预测模型拟合效果更好,误差可达10%以内。     

微小内螺纹管冷凝实验结果及关联式评价

为了研究不同顶角的内螺纹管单相及冷凝的压降及换热性质,对具有相同外径(5 mm)、相同螺旋角(18°)的内螺纹管进行实验,使用制冷剂为R22和R410A,质量流速为200~650 kg/(m2·s）,饱和温度为320 K,进出口干度分别为0.8和0.1.结果表明,内部实际换热面积增加比Aai/Afr是和强化换热系数直接正相关的.其中R22为工质的1#管和R410A为工质的7#管具有相对高的换热系数和相对低的压降.且在计算压降时,应用了Churchill模型［27］得出的摩擦系数及一个合适的相对粗糙度来修正光管的压降关联式.对Kedzierski和Goncalves关联式［11］进行修正,用基于齿根直径的换热面积代替实际内部换热面积,使误差在20%以内. 关键词：     

内置旋流器紊流传热的研究

对管内置螺旋旋流器不同螺距、不同内件长度情况的换热管进行了实验研究 ,介绍了实验装置 ,阐述了实验现象 ,分析了其强化传热的机理 ,实验结果与理论分析结果吻合。在相同流量的情况下 ,管内侧换热系数与内置旋流器的长度和螺距有一定的关系。减小内件螺距 ,其换热性能相当于增加了裸管的长度。由于流体在管内是以螺旋状前进的 ,其离心力有利于管内温度场不均匀分布冷介质的强化传热 ,并有使温度场均匀化的趋势 ,其作用的大小取决于管内温度场不均匀程度。内件在长度方向上存在有尾流影响区域 ,其影响区域的长短与流速大小有关 ,当流速达到一定值后 ,部分内件的效果与全程内件效果相同。为高效紧凑换热器的设计提供了一种方式     

无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热与阻力特性的实验研究

对内斜齿螺旋槽管强化传热机理进行了理论分析 .用实验方法研究了水在三种不同管径的内斜齿螺旋槽管内的流动和换热特性 ,测得了不同工况下的表面传热系数和动摩擦因数 ,拟合出所测参数范围内的动摩擦因数f和Nusselt数准则方程 ,并与相同管径光管的换热效果进行了比较 .结果表明 :无论在哪种工况下 ,内斜齿螺旋槽管的换热性能优于相同管径的光管 .     

管内对流换热影响因素及其强化分析

从影响管内对流换热的因素出发,对近年来国内外学者的研究成果进行了综合分析,包括管内流体流动状态、表面形状、物性、脉动等对管内对流换热的影响.介绍了利用缩放管、金属泡沫管、纳米流体、高压电场等强化换热的方法.对中高温太阳能热利用系统中大温差管内对流换热的应用及其强化方法进行了展望.     

微槽群表面喷雾冷却换热特性

在闭式循环喷雾冷却系统中,以蒸馏水为工质,喷雾体积通量从0.938 L/(m2·s)增至12.73 L/(m2·s)的情况下,实验研究了微槽群表面的槽道尺寸对喷雾冷却换热性能的影响.结果表明:微槽群表面可明显提升换热效果,提升程度取决于槽道尺寸和喷雾流量.小流量(1.146~1.604 L/(m2·s))时,最佳槽面结构槽深、宽、间距分别为0.5、0.4、0.6 mm;大流量(12.73 L/(m2·s))时,最佳槽面槽深、宽、间距分别为0.5、0.2、0.4 mm,在表面温度为80℃时,其热流密度达202.5 W/cm2.从光面喷雾与微通道流动换热相结合的角度,给出了微槽群表面喷雾冷却强化换热机理;推导了反映蒸发换热特性和槽道尺寸对换热影响的微槽群表面量纲一换热准则方程,可方便用于工程设计.     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.     

光管管束的沸腾传热实验研究

本文实验研究了管束间距、管排数、管束排列方式、热负荷大小和沸腾工质物性等因素对光管管束池沸腾传热的影响规律。实验包括有二排管束、三排管束、七管束、十三管束等,管束相对间距在0.9～3.3之间。实验结果表明,对于旺盛核池沸腾区域,管束中管间距的影响甚微,沸腾曲线基本上与光管时吻合;对于自然对流向核沸腾转折区域,管束各管间的影响较大,明显地使传热强化,一般可提高10～100％。     

脉动流条件下弹性管束换热器振动特性仿真

为了得到弹性管束换热器传热元件的振动参数以及流体诱导振动强化传热规律,对平面弹性管束的固有振动特性及脉动流作用下的弹性管束振动规律进行了研究.首先,利用ANSYS软件建立平面弹性管束有限元模型,并对管束进行模态分析;然后利用FLUENT软件对弹性管束内通入脉动流后的流场进行数值分析.结果表明:弹性管束复杂的三维运动状态提高了其换热和抑垢性能;三棱柱绕流体产生的脉动流速度变化范围为0.4~1.3m/s,波形明显,因此三棱柱绕流体更适合用于脉动流发生装置;数值计算得到的弹性管束振动频率与实际工况脉动流流体流经弹性管束时产生的频率相一致,为弹性管束换热器在实践使用中提供一定的参考意义.     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

R245fa传热特性的实验研究

对R245fa水平光滑管管内流动沸腾换热特性进行了实验研究,主要包括加热水质量流速、工质质量流速、蒸发温度以及干度对局部换热系数的影响,结果表明在相同蒸发温度及加热水质量流速下,随着工质质量流速增大,管内流动沸腾换热系数迅速升高;在相同工质质量流速及蒸发温度下,随着加热水质量流速的增大,管内流动沸腾换热系数升高;在相同工质质量流速及加热水质量流速下,随着蒸发温度的升高,管内流动沸腾换热系数降低。分别采用Chen公式、Liu-Winterton公式、Shah公式计算了与本实验相同工况下R245fa的管内流动沸腾换热系数,其结果表明:3个预测公式的计算结果与实验值之间的平均误差分别为31.6%、6.3%、37.4%。采用Liu-Winterton公式计算R245fa的流动沸腾换热系数满足工程实际的要求。     

基于 RBF神经网络的水平光管内R407C流动沸腾换热预测

基于 RBF神经网络建立了水平光管内混合工质 R407C流动沸腾换热的预测模型,以质流密度(G),热通量(q),干度(x),饱和温度(Tsat)和光管内径(D)作为网络输入,流动沸腾换热系数(h)作为网络输出,神经网络模型通过训练学习,对水平光管内 R407C的流动沸腾换热系数进行预测,经实验数据验证,预测结果与实验结果吻合较好,网络预测的平均误差为-0.9%,绝对误差为5.5%,均方根误差为10.9%,并且网络预测结果与四个传统关联式的计算结果相比有了明显的改善.由此说明该模型适用于水平光管内 R407C的流动沸腾换热预测,对采用 R407C制冷系统管式蒸发器的优化设计具有一定的指导意义     

管外及窄环隙流道池沸腾换热对比实验分析

在常压下以水为工质，对管外及窄环隙流道池沸腾换热进行了实验与观察，研究热负荷和加热面方位对核态沸腾换热性能的影响．结果发现：竖直加热面位置对沸腾换热有显著影响，其中对于管外沸腾主要在低负荷区产生影响，而对于环隙流道则在达到临界热负荷之前一直有明显的影响，倾斜使光管沸腾换热减弱，但对环隙流道没有显著的影响．不同的数据处理方法有时会使实验结果产生差异.     

内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的三维数学模型,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明：在换热流体入口平均流速大于0.5m/s以后,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升和反应器的传热性能。对于导程为60mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300K所用时间从7000s缩短到3000s。导程为30mm的双螺旋结构管的单位重量输出?功率比导程为15mm的单螺旋结构管更高,可见内置双螺旋结构管反应器的传热性能优于内置单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提高了反应器的传热性能。