微通道蒸发器优化两相制冷剂分配及沸腾传热研究进展

微通道蒸发器由于低充灌量、高换热性能、低成本等优点在制冷系统得以广泛应用。微通道蒸发器性能的进一步提升有助于降低制冷剂充灌量、增加微通道换热器的紧凑性。微通道蒸发器主要由集管和微通道扁管组成,优化集管内两相制冷剂分配和强化微通道扁管内流动沸腾,可有效实现微通道蒸发器整体性能提升。本文首先阐明了影响集管内两相分配的因素和微通道扁管内流动沸腾特性,然后概括了提升两相制冷剂的分配方案和强化流动沸腾的措施,最后对提升微通道蒸发器性能的方法做出进一步展望。     

Linde-Hampson制冷机混合工质充灌量分析及实验研究

制冷剂充灌量对制冷系统性能有着重要的影响。对于一个确定的混合工质节流制冷系统,其合适的制冷剂充灌量由压力、温度以及混合工质组分等多种因素决定,通过实验方法确定适合的制冷剂充灌量十分困难。因此本文将Linde-Hampson制冷系统分为4个部分,基于分布参数积分方法,建立混合工质充灌量预测模型,求出了各组分制冷剂在系统中的质量分布和液相积存量,并进行实验分析。计算结果表明,在实验范围内,实验系统的回热器热通道中制冷剂质量最多,占总充灌量的60%以上;液相制冷剂占80%以上,且随制冷温度降低,液相制冷剂质量增加。通过对比实验结果,计算模型在制冷温度为-100～-60℃的工况中,充灌量及各组分比例的计算值与实验值的偏差误差均不超过20%。     

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。     

自然工质R290管内凝结换热特性的数值模拟

对现有的管内凝结传热系数关联式分析比较,选择出合适的自然工质R290管内凝结换热计算模型,并计算得到R290管内凝结过程两相流动的流型图。通过计算并与实验值比较得到,相同工况下,预测与实验的R290凝结传热系数值相差不大。R290的凝结传热系数较R22的凝结传热系数大,并随着蒸气干度的增加差值加大,R290表现出良好的凝结换热特性。     

R404A在水平内螺纹管中的冷凝传热研究

经过实验与理论对比,研究了R404A在外径9.52 mm内螺纹管内局部平均冷凝换热系数。采用Cavallini纯工质与混合工质关联式分别计算的冷凝换热系数,最大偏差不到4%。在工程计算R404A内螺纹管内冷凝换热系数时,可将其以纯质来对待。分析比较Cavallini,Yu-Koyama和Kaushink-Azer关联式,各自的理论预测值和实验结果相比,表明Cavallini关联式的预测精度最高,其标准偏差为7.76%。因此Cavallini关联式对于R404A在管内的冷凝换热预测有较好的适用性。研究结果对R404A冷凝器的工程设计及其优化具有一定的参考意义。     

新型环保制冷剂丙烷的性能及应用

介绍了我国替代制冷剂二氟一氯甲烷（R22）所做的工作,叙述了制冷剂丙烷（R290）性质及其应用,比较了R410A、R32、C02等制冷剂的性能。认为R290是一种自然工质下的环保高效制冷剂,替代成本较为低廉,适合我国国情。虽然R290具有可燃性,但只要减少灌注量并采取有效的安全措施可以达到安全使用的要求。     

R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热特性

实验研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在强化管内的流动沸腾换热特性,探索了质流密度、干度和平均油浓度对换热特性的影响。实验测试管为内螺纹强化管,长度为2000 mm、外径为7.0 mm。实验结果表明,纯制冷剂R410A的传热系数随干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7～0.8左右;对于R410A-油混合物,在干度小于0.5的工况下,油的存在增强换热,在干度大于0.6的高干度情况下,传热系数随平均油浓度和干度的增大迅速降低。基于混合物性开发了R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热关联式,新的关联式预测值与89%的实验数据的误差在±30%以内,平均误差为17.3%。     

R290在水平光滑管内的沸腾换热

对内径为4、6 mm水平光滑铜管内R290的沸腾换热特性进行了实验研究,分析了质流密度、热通量、饱和温度、管径对沸腾传热系数以及临界干度的影响,选择5种适用于R290的水平光滑管内沸腾换热关联式,对实验工况下R290的沸腾传热系数进行预测,并与实验值对比。结果表明,管径越小、质流密度越大,或者饱和温度越高,则沸腾传热系数越大;在干度逐渐增大的过程中,沸腾传热系数随热通量的增大先增大后减小。热通量、管径相比质流密度、饱和温度对临界干度的影响更明显,且热通量越大,临界干度越小;管径越小,临界干度越大。5种关联式中,Fang关联式的预测能力最佳。     

R290在水平光滑管内的沸腾换热

对内径为4、6 mm水平光滑铜管内R290的沸腾换热特性进行了实验研究,分析了质流密度、热通量、饱和温度、管径对沸腾传热系数以及临界干度的影响,选择5种适用于R290的水平光滑管内沸腾换热关联式,对实验工况下R290的沸腾传热系数进行预测,并与实验值对比。结果表明,管径越小、质流密度越大,或者饱和温度越高,则沸腾传热系数越大;在干度逐渐增大的过程中,沸腾传热系数随热通量的增大先增大后减小。热通量、管径相比质流密度、饱和温度对临界干度的影响更明显,且热通量越大,临界干度越小;管径越小,临界干度越大。5种关联式中,Fang关联式的预测能力最佳。     

CO2/R170混合物作为复叠式制冷系统低温环路制冷剂的性能

针对CO2/R170混合物在复叠式制冷系统低温环路使用的工况，建立了固液平衡和汽液平衡的数学模型，决定了保证混合物在较低温度下不结晶的配比。在一定的配比范围内对混合物进行了循环性能和可燃性分析。研究了混合物配比对循环性能参数和可燃性的影响，以及中间温度在高温环路使用R290、低温环路使用CO2/R170混合物时，复叠式制冷系统整体制冷系数（COP）的变化趋势。研究表明，这种混合物适宜作为复叠式制冷系统低温环路的制冷剂。     

Design and Analysis of Charge-Reduced Refrigerant Cycles Using R290

R290 is one of the most promising refrigerants for heat pumps and cooling processes working in a temperature range of –15 to 70 °C. The nearly neglectable global warming potential and attractive thermodynamic properties allow the design of climate-friendly and efficient refrigeration systems and heat pumps. However, R290 is flammable, and the use of charge-reduced components and designs should be the first central step to reduce safety risks. Whereas the prediction of heat capacity, temperatures and pressure drops are sufficiently precise the prediction of refrigerant charge is not very accurate when using computer-aided design tools. The article presents a method to enhance accuracy for refrigerant cycles with less than 500 g of R290.     

低GWP工质空调冷凝器性能模拟计算

建立了翅片管式冷凝器的稳态分布参数数学模型,考虑了冷凝器内部的实际流动状态,包括压降和流动型态,用Visual Basic计算机语言编写了翅片管式冷凝器模拟计算程序,并利用R22的计算结果与文献中的实验结果进行了对比验证,得到了较好的一致性。基于此模型模拟了低全球变暖潜能（global warming potential,GWP）工质R290、HFO1234yf和HFO1234ze在冷凝器内的流动换热特性,分析了改变迎面风速、制冷剂质量流量以及管内径尺寸时换热量和压降的变化情况,并与现在广泛使用的R410A进行了性能的对比分析。结果表明,稳定风速时R290换热量最大,HFO1234yf最小;相同情况下HFO1234yf和HFO1234ze最容易达到过冷状态;压降相同时,R410A的质量流量最大,R290的最小;换热量相同时,HFO1234yf的质量流量最大,R290的质量流量最小。为低GWP工质翅片管式冷凝器的优化设计和系统匹配以及制冷剂的替代提供理论基础。     

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。     

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。     

CO2微细通道流动沸腾换热干涸特性

针对二氧化碳作为制冷剂在微细通道内两相流沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与传热系数实验研究,定量与定性地分析了热通量2～35 kW·m^-2,饱和温度-10～10℃工况时,内径为1、2、3 mm圆管内的传热系数。实验结果表明:当质量流率增加时干涸起始干度逐渐降低,当质量流率小于临界值时,干涸现象结束之后,传热系数随着质量流率增加基本维持不变,而当质量流率大于临界值时,干涸现象结束之后,随着质量流率增加传热系数相应增加;随着管径增加,干涸发生的质量流率越小,临界热通量越大,同时管径越小传热系数越高。     

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。