R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究进展

R290（丙烷）及其混合制冷剂具有优秀的环保性和热物性,是理想的替代制冷剂,但存在可燃的问题。通过对R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究,可以优化制冷系统的换热器,减少充灌量,降低R290及其混合制冷剂的可燃性。本文综述了国内外R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究,表明R290及其混合制冷剂拥有接近或超越传统合成制冷剂的相变换热性能。列出并对比了相关研究中得到的相变换热关联式,汇总了相关研究中质量流量、热流密度、干度等因素对相变换热的影响。指出当前研究大多在过去常用的传热管进行,为了降低R290及其混合制冷剂的可燃性,减少制冷系统的制冷剂充灌量,必须对R290及其混合制冷剂在小管径（7mm、6mm、5mm,甚至4mm）传热管内相变换热的关联式和影响因素进行深入研究。     

R134a在水平双侧强化管外沸腾换热

对氟里昂R134a在水平单管外的沸腾换热性能进行了试验研究,试验管为4根双侧强化管。在蒸发温度为8℃时比较不同肋型的强化换热性能。结果表明：所研究的强化管均有明显的强化换热作用,E12管的总传热系数略高于其他强化管,其管外沸腾传热系数相对于光管Cooper公式预测值的强化倍率为2.23～2.71,平均值为2.54。由于R22和R134a的物性不同,其管外沸腾传热系数约比R134a高出20%～40%。试验管的沸腾换热强化倍率与制冷剂的关系不明显。     

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。     

分离型热管蒸发段流动特性和传热特性的试验研究

对分离型热管管内蒸发段流动特性和传热特性进行了试验研究 :在保证热管工作效率及安全性的前提下 ,分离型热管蒸发段工质流动形式除单相液流和泡状流 (低热流密度时为弹状流 )外 ,在蒸发段上部约有 42 %～ 50 %的不稳定飞溅降膜区 ;合理充液率随热流密度的增加而减少 ;随着热流密度的增加 ,核态沸腾区及飞溅降膜区的换热系数均增加 ,蒸发段总换热系数也增加。     

内翅板蒸发式冷凝器水膜流动特性

为了提高蒸发式冷凝器板外换热性能以及增强板外气液两相流动,设计了4种新型内翅板蒸发式冷凝器换热板片结构,实验测试不同喷淋密度下各换热板片上的水膜流动形态及喷淋密度对板片换热性能的影响。结果表明:水膜厚度随喷淋密度减小而减薄;喷淋密度较大时,受板片结构及气液剪切力影响,水膜流动向中心区域聚集,且部分区域会出现水膜飞溅现象;随着喷淋密度减小,水膜飞溅现象逐渐消失,但在低喷淋密度时部分板片会有"干斑"现象。半圆波纹板片在喷淋密度分别为0.524kg/(m·s)、0.738kg/(m·s)、0.905kg/(m·s)时,换热性能均优于其他换热板片,且在此喷淋密度时,板片换热面积及水膜稳定时间是影响其换热性能的主要因素。本实验研究为内翅板蒸发冷凝器的工程应用和设计提供理论指导。     

三维双侧强化管内R410A蒸发换热特性

研究R410A制冷剂在新研发的内径为11.07 mm的三维双侧强化管内的蒸发换热特性,并与相同直径的光管内蒸发换热特性进行了对比。实验段测试管长2 m,制冷剂质量流速范围为70～150 kg/（m²·s）,饱和温度维持在10 ℃,干度变化范围为0.1～0.9。分析了低质量流速低干度和低质量流速高干度区域内光管和强化管内传热特性。光管实验结果同4个蒸发关联式进行比较,结果表明关联式的预估值与95.48%的光管实验数据吻合误差在±20%以内。     

含油R32管内流动沸腾换热特性测试及关联式开发

R32作为低温室效应制冷剂得到广泛应用,空调器中循环的介质是制冷剂与润滑油的混合物,掌握R32-润滑油混合物的流动沸腾特性是R32空调器优化设计的关键。本文的目的是参照空调器实际运行工况,测试R32-润滑油混合物的管内流动沸腾换热特性,开发传热系数关联式。新搭建了具有防爆功能的R32-润滑油混合物管内换热性能测试台,采用换热管为7 mm铜管,测试的质流密度200~400 kg/(m²·s)、干度0.2~0.7、油浓度0~5%。实验结果表明,R32-润滑油混合物管内流动沸腾传热系数随质流密度的增大而增大;在中低干度下传热系数随油浓度的增大而增大,在高干度下随油浓度增大先增大后减小并于3%油浓度处取得最大值。基于混合物物性与流型开发了传热系数关联式,预测值与85%的实验数据的误差在±20%内。     

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。     

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。     

纳米石墨冷冻机油对R600a流动沸腾换热的影响

搭建了纳米冷冻机油/制冷剂水平光管内流动沸腾换热测试实验台,研究了石墨/R600a纳米制冷剂在水平直光管内流动沸腾换热特性,分析了纳米石墨对含油制冷剂流动沸腾换热的影响。实验测试段为总长2.5 m、外径9.52 mm、内径8 mm、壁厚0.76 mm的紫铜管。在质量流速为150、200、250、300 kg·m^-2·s^-1下,分别测量纯R600a、含油R600a、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.2%)纳米石墨冷冻机油和R600a混合物在水平光滑圆管内流动沸腾传热系数随干度的变化趋势。实验结果表明:纳米石墨的添加增强了含油制冷剂的流动沸腾换热。实验获得了基于石墨的含油纳米制冷剂流动沸腾换热关联式,关联式的预测值与94.5%的实验数据偏差在±15%以内。     

木质素悬浮液管式降膜蒸发传热研究

管式降膜蒸发器由于具有传热系数高、传热温差小等优点,已应用于多个工业领域,对管式降膜蒸发器的研究也成为近年来传热技术领域的一项重要课题.文中设计了一套管式降膜蒸发装置,以木质素悬浮液为工质,对影响降膜蒸发传热的因素进行了实验研究,通过冷膜实验测试了所设计的筛板分布器的性能,得出筛板分布器能较好地使物料在换热管内壁上成膜...     

水平管外降膜蒸发的传热实验

为了提高水平管降膜蒸发的传热性能,提出了在水平管间增加肋板结构来强化传热。研究了以蒸馏水为介质的水平管外降膜蒸发的传热性能,结果表明,管外降膜蒸发传热系数随传热喷淋密度、传热温差和管间肋板宽度的增大而增大,随管径的增大而减小。     

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。     

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。     

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.     

R236fa/R32大滑移温度混合工质的优选方法及实验验证

针对适用不同制冷工况下混合工质组成及组分的多样化选择问题,提出了对应用于双温制冷机组的大滑移温度混合工质R236fa/R32组分在冷凝温度范围为311～333K、蒸发温度范围为269～290K的优选方法。对R236fa/R32的温度随焓值非线性变化特性进行了理论研究;建立了混合制冷剂蒸发换热过程由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增模型,通过对混合工质不同组分高、低温蒸发器的熵增变化情况确定最佳组分。并搭建了试验台,通过实验研究得到了该混合工质不同组分下在换热器中的温度分布情况、制冷效率（COP）及压缩机功耗情况验证该优选方法的结果。研究结果表明：该熵增模型能够较好地反映该混合制冷剂不同组分的COP特性及压缩机功耗,随着R32质量分数的增加,蒸发器的熵增先增大、后减小,在R236fa/R32为4∶6时,低温蒸发段和高温蒸发段由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增都最小,因此为该机组的最佳组分,验证了理论分析的正确性。该方法可以为不同工况下混合工质的优选提供参考。     

水平管降膜蒸发器的传热性能

在换热面积为2.375m2的水平管降膜蒸发试验平台上,采用5052铝合金管作为换热管,以实际海水为原料,进行了低温多效海水淡化中水平管降膜蒸发器传热性能研究试验。研究了料液喷淋密度、管外蒸发温度、总传热温差、海水盐度以及管内蒸汽中不凝气含量等因素对海水淡化过程降膜蒸发器总传热系数的影响。结果表明,在试验条件范围内,总传热系数随着料液喷淋密度和管外蒸发温度的升高而增加,随着传热温差的增大而降低;冷凝侧有不凝气存在时,总传热系数下降幅度较大;海水浓度对传热系数影响较小;在控制不凝气含量的条件下,传热系数在3500W/(m2?℃)以上。试验结果为海水淡化的工程设计和生产优化提供了依据。     

R290在小管径水平微肋管内凝结换热实验研究

实验研究水平微肋管内R290的两相流凝结换热特性,在内径为4.3 mm,长度为900 mm的铜管内,测得R290在质流密度180—300 kg/(m~2·s)、饱和温度40—55℃、热流密度3—10 kW/m~2以及干度0.9—0.1范围内的凝结换热系数;分析了质流密度、饱和温度、热流密度以及干度对R290凝结换热性能的影响。结果发现:凝结换热系数随质流密度、热流密度的增大而增加,随饱和温度的升高而减小;随着R290的凝结液化,干度减小,其凝结换热系数也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减现象。并分别采用4种经典的凝结换热关联式预测R290的凝结换热系数,对比实验结果得出Chang等和Yu等的预测精度比较高。     

R123在水平双侧强化管外池沸腾换热

对3根双侧高效强化管（管Ⅰ为Turbo-B型管,管Ⅱ、管Ⅲ为改进的Turbo-B型管）在饱和温度为12℃和10℃工况下进行了水平管外R123池沸腾换热的实验研究,采用Wilsan热阻分离法得到制冷剂侧沸腾换热表面传热系数,并对实验结果进行了热阻分析.实验结果表明：在同样条件下,3根强化管的管内对流换热表面传热系数是光管的2.8～3.1倍.在同样的热通量范围内,对于Turbo-B型管,R22池沸腾换热性能的强化效果比R123更明显.随后进行的热阻分析工作,有利于强化换热管的进一步开发.热阻分析表明：在实验范围内,管内外两侧的热阻基本相当,随着管内水流速的增加,管内水侧热阻所占比例降低,管外制冷剂侧热阻所占比例增大.对于沸腾高效强化管的开发,两侧的强化都是应该关注的.     

水平圆形与方形微小通道内R134a冷凝数值模拟

利用数值模拟研究了水平圆形与方形微小通道内R134a的冷凝换热阻力特性,制冷剂饱和温度为320 K。结果表明:传热系数与摩擦压降梯度随着质量流量、干度的升高而升高,而干度大于0.85时,摩擦压降梯度随着干度的升高而降低。方形通道的换热与阻力均高于圆形通道,数值结果与文献冷凝换热、阻力公式吻合较好。圆形通道内冷凝液膜集聚在通道下部,而方形通道内液膜集中在角落区域。薄液膜区域所占的比例随着干度的增大而增大,方形通道内的液膜厚度要小于圆形通道,换热效果优于圆形通道。