蒸发温度对水平正反齿压花齿型肋管池沸腾换热的影响

随着节能减排的大力推广,管外沸腾强化传热技术得到了广泛的研究和发展。设计建立了水平双侧强化管管外沸腾试验系统,以R134a为循环工质试验研究了不同热通量工况下,蒸发温度对正反齿压花齿型三维肋管池沸腾换热特性影响,并结合试验结果分析探讨了其理论描述方法。结果表明:蒸发传热系数随蒸发温度变化趋势线的斜率随热通量呈现非线性变化;在同一蒸发温度下,管表面传热系数均随热通量单调递增,但增长率随热通量增加而逐步降低;回归分析获得不同热通量下蒸发温度对正反齿压花齿型蒸发管表面传热系数影响的统一表达式;等热通量工况强化传热因子在热通量超过10kW·m^-2后升至2以上,在热通量接近20kW·m^-2时达到极大值2.588,但在热通量接近5kW·m^-2时接近1;蒸发温度及其与热通量合同对正反齿压花齿型蒸发管表面传热系数的作用机理与理论描述方法有待进一步深入研究。     

基于扁管的蒸发式冷凝器管外传热传质特性研究

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗，利用Fluent软件，结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模，选取了等周长圆管模型进行比较，研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度，以及管外温度分布和含湿量的变化规律，对比了扁管和圆管的平均表面传热系数，结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s^-1变化至3 m·s^-1以及喷淋密度从0.15 kg·m^-1·s^-1增加至0.3 kg·m^-1·s^-1时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响，得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。     

竖直多孔管降膜蒸发传热实验

研究了内表面烧结型多孔管对降膜蒸发换热效果的影响。采用单管降膜蒸发器,由壳程的蒸汽加热管程的水降膜传热。在热通量q=13~90 kW·m^-2,传热温差ΔT=2.87~9.5℃,液体Reynolds数Re_L=4500~15000 范围内,求不同工况下管内降膜传热系数,并将其与相对应的光管换热性能进行比较。比较数据可知:多孔管的管内降膜传热系数是光管的2.03 倍,总传热系数是光管的1.78 倍,多孔管强化传热效果明显。     

高热通量水平管外池沸腾传热

在制冷空调的满液式蒸发器中,制冷剂在壳侧沸腾蒸发,管内为水的单相对流传热。实验研究了高热通量下R134a在一根光管和一根强化管（No.1）外的池沸腾传热,并将光管实验结果和Cooper公式进行了比较。在不同的饱和温度下,热通量10～250 kW·m^-2的范围内,研究了R134a在光管和强化管外的沸腾传热系数随热通量的变化关系。光管和强化管外径分别为15.93 mm 和 25.36 mm。通过研究发现,在热通量10～250 kW·m^-2的范围内,光管的池沸腾传热系数和Cooper公式符合较好,偏差小于±15%。在双对数坐标下传热系数和热通量实验结果拟合直线斜率为0.67。在较高热通量,即热通量大于250 kW·m^-2时,光管的传热系数相对Cooper公式偏差开始增大。对于高效管,在小于40 kW·m^-2热通量下的传热效果最好。强化管的强化倍率随热通量增加一直减小,在较高热通量250 kW·m^-2下,强化管的传热系数和光管相同,甚至比光管小。     

紧凑通道内CO2/润滑油混合物沸腾换热特性研究

为了测试润滑油对二氧化碳流动沸腾换热特性的影响,对外径6 mm、内径4 mm紧凑通道内的CO₂/润滑油混合物的换热进行实验研究。实验工况为质量流量2.74～5.61 kg·h^-1,饱和温度-4～8℃,热通量3.2～5 kW·m^-2,油浓度0～6%。结果表明：润滑油浓度越大,CO₂的局部传热系数越小;含1.5%油浓度相对于无油工况下平均传热系数下降了约42.4%; 传热系数随热通量、饱和温度的升高而增加,干涸后随着质量流量的增加传热系数增加;干涸随油浓度的增加、热通量的减小、饱和温度的升高、质量流量的增加而延迟;干涸特性对传热系数有显著影响,干涸阶段占整个换热过程的35.4%。     

润滑油对2种水平管降膜蒸发传热特性的影响

对R134a在光滑管和强化管管外降膜蒸发时,润滑油对换热特性的影响进行实验研究。蒸发温度为6℃,含油率分别为0.5%,1.2%,5.1%,工质喷淋密度分别为0.13,0.17,0.21 kg/(s·m)。结果表明:对于光滑管,管外换热系数随含油率的增加而增大;对于强化管,在低喷淋密度下,管外换热系数随含油率的增加先增大后减小,在高喷淋密度下,含油率的变化对管外换热系数影响不明显。在较高含油率下,光滑管存在一个最佳喷淋密度使管外换热系数达到最大,强化管管外换热系数受喷淋密度的影响较小;在较低含油率下,光滑管管外换热系数受喷淋密度的影响不明显,强化管管外换热系数随喷淋密度的增加先增大后减小。     

超临界CO2/R41小通道内的换热特性

对R41和混合工质CO₂/R41 (20.5/79.5)、CO₂/R41(51.4/48.6)在直径为2 mm的水平光滑圆管中的超临界冷却流动换热特性进行了实验研究。质量流速范围为400～800 kg·m^-2·s^-1,压力为6.0～8.0 MPa,热通量为12～48 kW·m^-2,流体温度为20～80℃。3种工质的对流传热系数的极值随CO₂含量的增加而增大,在相同条件下R41的传热系数小于CO₂/R41的传热系数。混合物的超临界传热系数变化规律与纯R41相同。实验条件下,3种流体的传热系数在2～25 kW·m^-2·K^-1之间,压力的影响显著,越接近临界压力对应压力条件下的传热系数极值越高。在远离准临界点的区域传热系数随热通量变化不明显,而在准临界点附近对流传热系数的极值随热通量的增加而小幅减小。将实验结果与经验关联式计算结果进行了比较,有4个关联式的预测效果较好,误差均在±30%以内,预测误差随CO₂含量的增加而下降。     

R290在小管径水平微肋管内沸腾传热的实验研究

实验研究小管径水平微肋管内R290的两相流沸腾传热特性,分别在内径为4、6 mm,有效长度为900 mm的紫铜管内,得到R290在质量流量密度100～250 kg·m^-2·s^-1、饱和温度7～11℃、热通量13～24 kW·m^-2以及干度0.1～0.9范围内的沸腾传热系数;分析了质量流量密度、饱和温度、热通量、管型以及干度对R290沸腾传热系数及临界干度的影响。结果发现:沸腾传热系数随质量流量密度、饱和温度的增大而增加;随着热通量的增大,传热系数出现先增后减的现象;热通量越高,临界干度越小;微肋管相比于光滑管临界干度更大;且随着R290的沸腾汽化,干度逐渐增大并出现干涸现象,导致沸腾传热系数先增至一极值后降低。分别采用6种常用的沸腾传热关联式预测R290的沸腾传热系数,对比实验结果得出Fang等和Choi等的预测精度比较高。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

降膜蒸发管内插往复螺旋强化传热实验研究

为有效解决降膜蒸发器加热管中传热效率与结垢问题,提出了一种降膜蒸发管内插往复螺旋强化传热技术,强化管内插螺旋运动与管壁碰撞过程。实验研究内插螺旋的结构参数、螺旋往复行程,以及热通量、蒸发压力以及溶液喷淋密度等工艺参数对降膜蒸发过程传热性能影响。实验结果表明,此技术的除垢防垢性能及传热性能优于空管及单纯的内插螺旋性能,在螺旋外径d=30 mm、螺距f=45 mm、丝径e=1.8 mm、往复行程H=100 mm时,其传热系数分别是空管和单纯的内插螺旋的2.08和1.26倍。通过对管内蒸发侧传热系数进行分析,总结得到与热通量、蒸发压力以及溶液喷淋密度相关的降膜蒸发传热系数关联式。     

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

0.5 MPa下液化天然气在竖直圆管中饱和流动沸腾传热

建立了一套实验装置用于对8 mm内径圆管内的液化天然气流动沸腾传热特性进行实验研究。测试压力为0.5 MPa,液化天然气质量流量为50～200 kg·m^-2·s^-1,热通量为8.0～36.0 kW·m^-2。主要研究了热通量、质量流量和干度等影响因素对传热的影响。发现质量流量对传热有重大影响,液化天然气管内流动沸腾传热系数一般随质量流量的增加而增大。而热通量对传热的影响主要体现在低干度范围内,且在质量流量较小时更为明显。而当干度小于0.5～0.6时,传热系数一般随干度的增加而增大。但当干度大于0.6时,传热系数随干度的增加显著下降。将实验结果与4种现存的混合物流动沸腾传热关联式进行比较,结果表明Zou等提出的计算关联式与实验结果最接近,计算误差约为30.2%。     

水-水降膜蒸发器的模拟仿真和优化

由于具有换热性能突出、制冷剂充注量小等优点,降膜蒸发器已被广泛应用于海水淡化等行业。然而,由于存在液位控制和干斑效应等实际操作问题,在压缩式制冷系统中,降膜蒸发器的设计还需要进一步优化。为解决这个问题,构建了水-水降膜蒸发器的仿真模型。采用有限元方法,获得了沿管程的温度、热流变化情况。对于现有的四管程降膜蒸发器,在80℃蒸发沸腾和0.4 kg·s⁻¹的喷淋量下,为获得最大的换热量,进行了详细的模拟计算,基于模型的计算结果,建议采用两管程降膜、两管程满液的液位控制方式。本模型同时给出了沿管程换热时的传热系数分布情况,提出了满液降膜分界线,为后续的降膜蒸发器结构设计优化提供了新思路。     

螺旋槽管降膜蒸发强化传热与结垢特性研究

降膜蒸发是海水淡化的一项主要技术。传热管是降膜蒸发器的核心部件。螺旋槽管是一种应用广泛的高效强化传热管,但在海水淡化中应用较少,缺乏相关的实验数据。为论证螺旋槽管用于海水淡化的可行性,首先在水平管降膜蒸发传热实验平台上,以自来水为工质,研究了螺旋槽管的强化传热特性,分析了喷淋密度、热通量、传热温差和蒸发温度对其传热的影响;然后借助低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化中试装置,在海水淡化实际工况下,运行测试180 d,研究了螺旋槽管的结垢特性。在本实验中,螺旋槽管传热系数较光管平均提高35%左右;其结垢厚度小于光管,结垢疏松多孔,易于清除。