R134a螺旋套管冷凝器换热特性及其对热泵性能的影响研究

为了研究R134a在螺旋套管冷凝器换热性能及其对热泵运行性能的影响,论文采用实验手段,在以水为冷却介质进行循环加热和直流稳态2种条件下,测试了不同进水流量和入口水温状态时R134a在螺旋套管冷凝器内的换热性能和热泵的运行性能。结果表明:循环加热时,同一进水流量随入口水温的升高,冷凝器总换热量、系统制热量和制热性能系数COP减小,而总换热系数和系统输入功率增大;进水流量从1.19 m3/h增大到2.16 m3/h,入口水温从30℃升高到60℃时,系统输入功率的增大范围为750~900 W,制热量的减小范围为600~750 W,COP的减小范围为2.8~3.2,同时流量2.16 m3/h的总换热量的减小量是流量1.19 m3/h的2.5倍,总换热系数的增大量是流量1.19 m3/h的2倍。直流稳态时,进水流量从0.26 m3/h增大到0.71 m3/h,总换热量和总换热系数分别增加了15%和41%;压缩机的排气功力和系统输入功率分别下降了26%和12%,而吸气功力变化较小。     

R417A在水平光滑管和内螺纹管中的流动沸腾换热

对非共沸混合制冷剂R417A在外径为9.52 mm的水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中的流动沸腾换热进行实验研究,分析讨论了制冷剂质量流速、热流密度、干度、强化管参数对换热系数的影响规律和影响机理.实验结果表明:换热系数随着质量流速的增大而增大.在以对流蒸发占优势的换热区,热流密度对换热系数的影响较小;换热系数随着干度的增大先呈现出增大趋势,增至高峰值后又迅速下降,高峰值随热流密度的增大和质量流速的减小向干度较大的方向移动;内螺纹管能有效强化制冷剂的流动沸腾换热,R417A在2种内螺纹管中的换热系数分别比在光滑管中高出130%~210%和150%~270%.     

R410A在5 mm管内的沸腾换热及压降特性

为了研究制冷剂R410A在5 mm内螺纹铜管内的沸腾换热及压降特性,以磁驱泵提供循环动力、均匀缠绕在测试段上的电加热丝提供热量以及冷水机组提供循环冷量的方式搭建了测试实验台,并对R410A在5 mm内螺纹管内的流动沸腾换热系数及压降进行了测试.分析讨论了不同蒸发温度下,制冷剂质量流量密度和管壁热流密度对管内制冷剂流动沸腾换热系数以及压降特性的影响.研究结果表明:5mm内螺纹管内R410A的流动沸腾换热系数分别在质量流量密度位于191.28和344.3kg/(m2·s)处达到峰值;其流动沸腾换热系数随着管壁热流密度增大最初呈现增大的趋势,在热流密度30 kW/m2后逐渐平稳;而R410A在5 mm内螺纹管内的压降均随质量流量密度和管壁热流密度的增大而增大,其中压降和管壁热流密度的关系呈较为明显的线性变化.     

R417A与R22流动沸腾换热性能的比较分析

对R22与R417A在水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中的流动沸腾换热进行实验研究,分析比较了2种制冷剂流动沸腾换热性能的差异。实验结果表明:R417A的换热性能与R22相比有一定程度的降低,其降低程度因质量流速、干度及换热管参数的不同而异,质量流速越小,R417A换热性能的降低越严重;在x<0.6的较低干度区内,光滑管中R417A的换热系数比R22约降低了20%～40%,内螺纹管中的降低幅度更大,几乎达到50%～60%,在x>0.6的较高干度区内,不同换热管中R417A换热系数的降低幅度较为相近;光滑管中R417A换热系数的降低幅度受干度影响较大,且随干度的增加而增大,内螺纹管中的降低幅度受干度影响较小;强化管对换热的强化效果越好,R417A换热系数的降低幅度就越大。     

水平微肋管内有机工质R245fa的沸腾换热性能

为增强有机朗肯循环发电系统中蒸发器的传热能力,对水平微肋管内新型有机工质R245fa的沸腾换热性能进行实验研究。研究结果表明:R245fa沸腾换热系数随质量流速增大而提高,随饱和温度和热流密度增大而减小;随着干度增大,沸腾换热系数先增大后降低,存在1个临界干度;在实验条件下,临界干度约为0.4,并与实验工况有关;超过临界干度时,质量流速对R245fa沸腾换热系数的强化作用增大,而饱和温度对沸腾换热的抑制作用增大;在4种常用关联式中,KANDLIKAR关联式对R245fa沸腾换热性能的预测较精确,预测值与91.6%的实验值偏差在±25%以内,绝对平均偏差为11.2%,能满足工程设计要求。     

胀管对R22和R1234ze(E)在微肋管内流动凝结换热影响试验

研究R22和R1234ze(E)在胀管前、后外径分别为5.10和5.26 mm微肋管内的截面尺寸变化、凝结换热和摩擦压降特性。分析质量流速、干度及胀管对凝结换热系数和摩擦压力梯度的影响。采用关联式对试验结果进行预测,并对关联式的预测性能进行分析。结果表明:胀管后微肋管的结构会发生一定程度的变形;凝结换热系数和摩擦压力梯度均随质量流速和干度增大而增大;质量流速为100 kg/(m^2·s)时,胀管会削弱微肋管的凝结换热性能;质量流速为200和300 kg/(m^2·s)时,胀管对换热系数的影响不明显;而质量流速为100~300 kg/(m^2·s)时,胀管对摩擦压力梯度的影响不显著。     

竖直槽道内蒸气向上流动凝结换热的实验研究

通过高速摄影仪拍摄手段,观察了制冷剂R410A蒸气在水力直径为14.34mm、长度为160mm的竖直矩形槽道内垂直向上流动凝结过程中壁面液膜的流动特征.实验结果表明:在饱和温度为28℃和质量流速范围为1.8~23kg·m~(-2)·s~(-1)实验条件下,随着质量流速的增大,壁面出现假滴状流动和层流波状流动,并且随着质量流速的增大凝结液膜逐渐增厚,液膜表面波动亦更加明显;槽道内的平均凝结换热系数随质量流速的增大出现先增大后减小的趋势.实验得到了槽道壁面测温点分割出的四段壁面的各段的平均凝结换热系数的沿槽道轴向的变化情况.     

润滑油对水平强化管降膜蒸发传热特性的影响

实际制冷系统中的制冷剂含有压缩机的润滑油.本文研究了制冷剂中润滑油不同含油率时水平管降膜式蒸发传热特性.工质为R134a,含油率分别为0.5%、1.2%、5.1%,蒸发温度为6,℃,热流密度范围为30~65,k W/m2,工质喷淋密度分别为0.13,kg/(s·m),0.17,kg/(s·m)、0.21 kg/(s·m),测试段采用表面强化的铜管.实验结果表明:含油率从0.5%增大到5.1%,管外传热性能逐渐提高,当喷淋密度增加,管外换热系数也会提高,但随着含油率的增加,换热系数的增加幅度不大;一定含量的润滑油能增大R134a水平管降膜蒸发的换热系数.     

具有相同纵横比的梯形微通道内水蒸气流动凝结换热系数

采用微通道内壁集成Pt电阻测量温度的方法,试验研究了具有相同纵横比的2个硅基梯形微通道内水蒸气的流动凝结换热系数,并基于湍流热边界层分析,建立了剪切力驱动的环状流换热系数半理论模型.结果表明,冷凝换热系数随水蒸气质量流量及其干度的增加而增大,在水力直径较小的通道中,微通道换热效率较高.     

R410A-油混合物在7 mm水平直光管内流动沸腾的换热特性Ⅰ.实验研究

实验研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在水平直光管内的流动沸腾换热特性.实验测试管长度2 m、外径7 mm.实验工况的蒸发温度为5°C,质量流率为200~400 kg/(m2.s),热流密度为7.56~15.1 kW/m2,入口干度x=0.2~0.7,干度变化为0.2,油的平均质量分数wno=0~5%.实验结果表明,R410A-油混合物管内流动沸腾的换热系数随质量流率的增大而增大;在x<0.7的工况下,油的存在总是增大换热,当wno从0增长到5%时,换热系数最大可增加61%.在x=0.8的高干度情况下,换热系数在wno=1%时达到最大值,然后随着wno的增大换热系数逐渐降低.     

微通道热沉内液氮的流动沸腾换热实验

通过实验研究了质量流量在62.6~598.6kg/(m2·s)下不锈钢材质的平行微通道热沉内液氮流动沸腾的传热特性,并将实验所测得局部换热系数与经验关联式计算所得结果进行比较.结果表明:在核态沸腾阶段,随着干度增大,热沉的局部换热系数增加并逐渐达到一个峰值;当干度继续增大时换热系数逐渐减小;热沉的局部换热特性受其流型和低温流体工质特殊性的影响,在干度较低的条件下,其实验结果与模型预测结果的变化趋势一致,但预测值大于实验值.     

含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热特性实验研究

对含油制冷剂在6.34和2.50 mm换热管内的流动沸腾换热特性进行了实验研究,测试质量流率为200~400 kg/(m2.s),热流密度为3.2~14 kW/m2,蒸发温度为5°C,进口干度为0.1~0.8,干度变化0.1~0.2,平均油质量分数为0~0.05.定量分析了不同质量流率和干度时,润滑油对制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热的影响.与大管径换热管相比,油的换热增强效果在小管径换热管内减弱甚至消失,在高干度和高油浓度区,油的存在使换热严重恶化.对于上述换热管,换热系数、油影响因子以及基于制冷剂物性的两相换热增强因子随油浓度的变化规律缺乏一致性.采用局部油浓度下的制冷剂-润滑油混合物性计算得到的两相换热增强因子能较好地反映润滑油对制冷剂流动沸腾换热的影响.     

矩形通道内蒸汽射流凝结换热面积的实验研究

针对超声速气液两相流升压装置内高速蒸汽射流凝结现象,在蒸汽质量流率为200~600kg·m-2·s-1、入口过冷水质量流率为4~18t·m-2·s-1、入口过冷水温度为20~50℃的条件下,使用矩形截面蒸汽喷嘴和混合腔进行了可视化实验研究;采用热平衡相变模型计算了蒸汽射流凝结的换热面积,给出了换热面积随汽水参数的变化规律,并建立了预测归一化换热面积的实验关联式。研究结果表明:蒸汽喷嘴截面形状对射流凝结流场结构影响不大,气液两相区是蒸汽凝结的主要区域,蒸汽在气液两相区内以小气泡的形式与过冷水完成能量交换,换热面积随蒸汽质量流率和过冷水温度的增加而增加,随过冷水质量流率的增加而减小。实验中测得的换热面积在2.4×10-3~7.8×10-3 m2之间,换热面积实验关联式预测值与实验值的误差在±10%以内。本文研究结果对超声速气液两相流升压装置的优化设计和安全运行具有重要意义。     

水在螺旋盘管内的换热及压降特性研究

螺旋盘管及螺旋套管换热器因其优越的结构特性和高效的换热效率,在制冷、空调、热泵、化工等领域内都得到了广泛应用,研究水在这类换热器中的对流换热与压降具有重要的实用价值。文中对水在4种不同结构参数的螺旋盘管换热器内的换热及压降特性进行实验研究,工况范围:Re为4 000~9 000,水的体积流量为200~350 L/h,加热功率为80~350 W.实验结果表明:水的平均换热系数与压降均随Re的增加而增大,相同Re时,最大平均换热系数出现在SC型螺旋盘管中,这是因其最小的弯曲半径所致;水在BE型螺旋盘管内的压降最大,SC型次之,这是因管长与弯曲半径共同影响所致。平均换热系数随加热功率的增加而增大,相同加热功率时,水在SC型螺旋盘管中的换热系数最大,BE型始终大于SE型,而BC型随水流量的不同而异。实验结果与计算结果的比较表明:螺旋盘管的换热强化作用随Re增大而逐渐减弱,在4种螺旋盘管中,SC型具有最佳的换热强化效果,这一结果与实验结果相吻合。研究结论为螺旋盘管及螺旋套管换热器在诸多领域内的应用提供了参考依据。     

热泵型空调机组室外机制冷剂侧换热与流动

针对热泵型空调机组室外机换热面积通常大于室内机换热面积的特点,对室外机换热面积变化对其换热量及机组性能系数的影响进行了研究。分别在制冷和制热工况下测试了室外机沿制冷剂管路管壁温度。在此基础上,建立了室外机传热和制冷剂流动计算模型,并对以R22为工质的一机组进行了实例计算。结果表明：制冷剂在冷凝器和蒸发器内的相变过程均为非定温过程,但温度变化较小,且供热时作为蒸发器的室外机的压降大于制冷时作为冷凝器的室外机的压降。当室外机换热面积远大于室内机换热面积时,室外机换热量和机组性能系数均随换热面积的减小而减小,但减小的幅度远较换热面积减少的比例小得多。且在制热工况下的影响远小于制冷工况。     

存在温度梯度的竖直壁面Marangoni 凝结换热特性研究

对水-酒精混合蒸气在表面存在温度梯度的竖直壁面上的Marangoni凝结换热特性进行了实验研究,并观测了混合蒸气的凝结形态.实验结果表明:凝结表面不同位置的换热系数不同,温度梯度大的位置凝结换热系数较大;当酒精蒸气的质量分数wv=0.5%,1%时,凝结换热系数随过冷度单调减小;当wv≥2%时,凝结换热系数与过冷度的关系为含有最大值的非线性特性关系;在相同条件下,wv=1%时的凝结换热系数最高,wv=0.5%时的次之,wv≥2%以后,凝结换热系数随酒精含量的升高而减小.与仅由浓度梯度引起的Marangoni凝结相比,本实验中由浓度梯度和温度梯度共同驱动的凝结换热更强.初步的理论分析也表明,凝结表面上的浓度梯度和温度梯度共同作用使水-酒精凝结液表面的表面张力梯度增大,Marangoni对流加强,凝结换热进一步强化.     

R410A/润滑油混合物在5mm水平强化管内的流动冷凝换热特性

探讨了不同质流密度、测试段入口干度及润滑油的质量分数等制冷工况下,R410A/润滑油混合物在5 mm水平内螺纹强化管内的流动冷凝换热特性.结果表明:在不同的质流密度条件下,R410A/润滑油混合物的换热系数随干度的增加先增大,当干度为0.7左右时,换热系数达到最大值,当干度大于0.7时,换热系数随干度的增加反而下降;在润滑油的质量分数为3%和5%条件下,油的存在恶化了换热特性,使其换热系数降低了9.3%~36.5%.基于混合物换热特性,建立了适用于R410A/润滑油混合物在强化管内流动冷凝的换热关联式,其预测值与92%的试验数据误差在±20%以内,平均误差为6.7%,最大误差为34.5%.     

饱和蒸汽在过冷液面瞬态凝结可视化实验

为了研究饱和蒸汽射入水中和在过冷液面的凝结特性,实验采用S270A型红外热成像仪取代了前期实验的热电偶,精确测出了CMT内蒸汽凝结过程的温度变化.根据实验结果发现热水层的再分层现象,并揭示热水层随时间的变化趋势.最后计算出有、无遮流板时的瞬态凝结换热系数;加遮流板时压力平衡前的凝结换热量占了总换热量的62%～76%,无遮流板时体换热系数最大达到了约70 000 W/(m3·℃).     

低干度两相流工质在矩形流道冷板内的换热特性实验研究

为了提高电子设备在两相蒸发沸腾冷却换热系统中的冷却效果,对低干度两相流工质R22在矩形流道蒸发冷板内的换热特性进行实验研究。通过调节板式电加热的输入功率来控制工质进入蒸发冷板前的干度,从而得到不同负荷不同干度下系统的换热性能,结果表明:在低干度、低充灌量以及低流量的两相流蒸发冷却系统中,系统的换热能力随着干度的增大而降低。通过分析系统内部压力与流量的关系发现,系统内部压力受气液相比例影响,随系统负荷增大而增大,系统流量随系统内部压力的增大而增大,最终达到特定工况下的最大值。由此可见,低干度、低充灌量、低流量的两相流蒸发冷却系统对电子设备的降温效果是有利的,其可以降低系统能耗,保证系统运行安全,降低系统振动。该结果为板式两相流蒸发冷却系统设计提供了实验依据。     

19.05 mm强化管管外冷凝换热的试验研究

随着能源短缺问题的日益突出,节能环保受到人们的重视.工业上使用的换热设备,其性能的优化也受到各行业的重视.建立一套集沸腾和冷凝于一体的水平单管管外凝结换热试验装置,针对直径19.05 mm的强化管,对不同制冷剂管外凝结换热进行试验研究.通过试验分析可知：不同水流量,强化管的总体传热系数随着管入口冷却水温的上升而逐渐升高;在一定的冷却水温度下,强化管的总传热系数随着冷却水流量的增大而逐渐升高;相同工况下,R410A传热系数比R134a高出约1.28%～3.39%;凝结换热饱和温度越高,凝结传热系数越小.