跨临界CO2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

建立了CO2制冷系统中绝热毛细管一维稳态分布参数模型,以研究跨临界CO2系统中毛细管的性能和流动特性.分别采用3种不同摩擦系数关联式(Churchill、Colebrook、Bittle&Pate关联式)进行模拟和比较,研究了CO2在毛细管内的温度、压力、焓、熵及干度等的沿程分布规律.分析了管径、入口压力、入口温度和背压等4个参数对毛细管质量流量的影响,并考虑了壅塞现象.结果表明:采用Churchill和Colebrook关联式的效果较好,92%的计算值误差在10%以内,而Bittle&Pate关联式不适用于CO2绝热毛细管计算,因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度;背压对质量流量影响很小,即使发生壅塞,壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大.     

毛细管两级串联节流特性

基于单根绝热毛细管模型建立了绝热毛细管的两级串联节流模型,并根据房间空调器的相关实验数据进行了验证,以两级毛细管的同何尺寸（内径和管长）为变化参数,通过模型对串联节流流量特性进行了仿真和分析,发现了流动壅塞位置的多样性及其对流量的影响,提出了可以指导房间空调器中串联毛细管设计的两点结论：高压连接管只要满足一定的几何尺寸范围就能起到辅助节流的作用;热泵工况下辅毛细管的内径是影响流量的主要参数。     

绝热毛细管中制冷剂流动特性的一阶积分模型

制冷剂在绝热毛细管内的流动因存在汽液两相流而较为复杂．本通过引入两相流区压力和比容之间的一阶近似式,获得该问题的一阶近似积分解．在常见的制冷空调工况范围内,以制冷剂CFC-12、HFC-134a和HC-600a为工质,对该模型与分布参数模型进行了对比;同时也与实验数据进行了对比．结果表明：与分布参数模型的平均偏差小于1％,与实验数据亦较好吻合;计算速度较分布参数模型提高了一个数量级以上。     

低质量流速垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性研究

在200~450 kg/(m2.s)的低质量流速下,采用31.8 mm×6 mm的6头内螺纹管,在高压试验台上进行了垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性对比试验研究.研究表明:对压力降脉动和密度波脉动,随着进口压力和质量流速的增加,发生脉动的界限热负荷增加,垂直并联管的界限热负荷总是大于倾斜并联管,说明垂直并联内螺纹管的稳定性更好;过冷度对脉动发生的界限热负荷和脉动周期的影响出现不同的趋势.通过对试验数据进行回归处理,给出了两种条件下发生不稳定性脉动的起始点无因次准则方程.     

空气－水混合物横掠垂直管束流动特性的研究

对空气－水两相混合物在折流板壳管式换热器壳侧沿水平方向横掠垂直管束的截面含气率及摩擦压降进行了实验研究。试验表明，截面含气率的测量值小子均相模型的预测值，且随质量流速的增加而增大，提出了一种新的截面含气率的计算模型。试验发现，两相摩擦因子能很好地与马蒂内利参数关联，并与流型有关。     

非共沸混合工质通过毛细管时亚稳态流特性的试验研究

本文报导了对非共沸混合制冷剂Ｒ２２／Ｒ１４２ｂ在毛细管内流动过程中亚稳态流特性的试验研究．试验测取了在不同的流动工况和不同的工质混合比下的温度和压力沿毛细管长度的分布，通过工质混合法则求取了各测点的热物性参数，再由图示法确定亚稳态流的定量规律．试验结果表明，在采用非共沸混合工质时，毛细管内仍然存在着亚稳态流现象，同时，指出了对非共沸混合工质在毛细管内汽化过程中的亚稳态流现象进行理论分析的必要性．     

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。     

基于当地摩擦因数的绝热气动管道流量特性参数计算

在等截面直管绝热有壁面摩擦一雏可压缩管道流动模型的基础上,推导以管道进口截面速度因数为自变量的气动管道流量特性参数函数S/A(管道有效截面积与横截面积之比)和临界压力比b的基本表达式.采用基于当地摩擦因数求解管道平均摩擦因数的新方法,直接计算出总压为0.6 MPa、总温为300 K、长度为1～50m、内径为2.5～9 mm尼龙管的流量特性参数S和b,并与经验值进行了比较.S和b的理论计算值与经验曲线变化趋势相同,且计算值与经验值相吻合,表明新方法可以在相当程度上反映气动管道流量特性参数变化的物理本质.将新方法得到的有效截面积S的理论计算值下跌20％、临界压力比b的理论计算值上浮40％,即可作为同等条件下选用气动系统尼龙管的经验推荐值使用.     

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测,建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模 型,即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT 软件模拟了气相流动,气液界面采 用剪切滑移壁面边界条件,通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值,并由收敛值拟合得到界 面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好,并且在气、液相雷诺 数9 4006ReG650 000 和21 0006ReL630 000 范围内优于Taitel 和Dukler 与Sidi-Ali 和Gatignol 模型。表明剪切滑移壁 面模型可以有效地控制关键参数,提高预测效率和精度,为CFD 方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的 思路。     

绝热毛细管流量特性的神经网络关联

毛细管流量特性关联式的建立为毛细管设计提供了一条简单、可靠的理论途径。本分析了现有关联方法存在的不足,提出用多层前向人工神经网络来关联绝热毛细管流量特性的方法。结果表明,在采用相同的输入和输出变量的情况下,神经网络方法与献中的同类方法相比,关联精度有显提高。     

An approximate analytic model for flow through capillary tubes

An analytic model for working fluids flowing through capillary tubes has been established with the approximate integral method. All the possible flow regimes in the capillary tubes, including subcooled, two-phase and superheated regimes, are covered in the model, and different analytic solutions are given respectively for each flow regime. As examples, the mass flow rates of refrigerants R12, Rl34a and R600a through capillary tubes are predicted by the model, and compared with those evaluated by a general distributed-parameter model. The mean bias falls into 1% and the maximum bias is 2.2%, while the computation speed of the new model is more than one order of magnitude higher than that of the distributed-parameter one.     

绝热和加热状态下换热器壳侧气液两相流的流型与压降

对甘油水溶液 空气在TEMA F型换热器壳侧绝热及加热 (液相有少量蒸发 )状态下的气液两相流流型和压降进行了研究 .研究表明 ,热态时的流型及其转变与绝热时有较大差别 .在无量纲量Frm 和Jg/Jl 的坐标系中 ,首次获得了同时适用于绝热和加热状态的通用流型图 .在不同流型下 ,按窗口区、错流区用Martinelli参数关联了两相摩擦压降 ,获得了较高精度的关联式 .拟合结果说明 ,对环状流与分层流 ,在绝热和加热状态下的系数C值近于相等 .     

空气源热泵毛细管节流空调系统的研究

根据气液两相流动的均相流假设,建立了绝热毛细管的分布参数模型.在冷热工况下空调系统制冷剂充注量差值的基础上,采用该模型模拟计算了应用毛细管节流的热泵型空调系统中主副毛细管的长度.将储液器法和采用主副毛细管控制制冷剂流量这两种方法进行了对比分析,结果表明,在控制系统高低压差和制冷剂流量时,两种方法各有利弊.因此,提出了采用主副毛细管和增加储液器相结合的方法控制热泵型空调系统冷热工况下的制冷剂流量.     

管内两相流沿程摩阻压降与单相摩阻系数

在两相流动阻力计算中至今还是广泛使用均相模型和分相模型法．在这两种模型中，将两相流动摩阻压降归结为单相流体摩阻压降与相应的两相摩擦因子的乘积，从不同来源得到了两组公式，能够反映不同流态下水力摩阻系数λ。两组公式在全部雷诺数Re范围内的良好吻合，证明在用两相流的均相和分相模型计算摩阻压降时，选用其中任一组公式均可得到比较可靠的结果     

绝热毛细管的临界流动分析

制冷系统的蒸发温度、制冷量、输入功率、性能系数随毛细管的改变而变化，其工作特性对整个系统而言显得十分重要的。因此对毛细管的流动过程建立了质量、能量和动量守恒特性方程，以熵最大原则建立了临界流状态下毛细管出口临界状态的参数关联式，分析计算了进口压力和毛细管内径对出口临界参数的影响，并与标准试验毛细管曲线进行了对比，结果表明，该模型在一定参数范围内与实际状况吻合。     

基于量纲分析的绝热毛细管壅塞流量特性关联

关联方法可替代复杂的数学模型，用以预测绝热毛细管的壅塞流量特性．先通过量纲分析方法给出了绝热毛细管壅塞流量特性的一般函数关系式，然后采用两种模型近似该一般函数关系式：一种是传统的Fower—law关联式；另一种是人工神经网络．以献中的R－407C毛细管实验数据为对象，对比研究了这两种模型的关联效果．结果表明：人工神经网络的关联误差及误差的分散度更小．     

两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明：泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。     

螺旋扁管管内传热强化及流阻性能

以水为介质,研究了不同截面短长轴比B/A (B/A＝0.3-0.5)和导程与直径比S/de (S/de=17-50)的螺旋扁管管内传热和流阻性能.实验结果表明:管内Nu和f值均随均随B/A值和S/de值的增大而减小,但随B/A值的增加而减小得更快,B/A值对螺旋扁管管内传热与流阻性能影响更大;在相同Re和Pr下,螺旋扁管管内Nu数为光滑管的1.3～2.5倍;阻力系数f是光滑管的1.2～1.5倍.通过多元线性回归法对实验数据进行归纳与整理,提出螺旋扁管管内努塞尔数和阻力系数的准数方程式,其最大误差分别是12%和6%,可为螺旋扁管换热器的工程设计提供依据.     

竖直管内降膜-高速空气环状两相流的蒸发换热特性理论分析

通过理论分析，研究了竖直传热管内降膜－高速空气环状两相流的蒸发换热特性。结果表明，在直径2－3mm的细小管内，重力的影响可以忽略，气液间摩擦力起支配作用；在直径10mm左右的普通尺寸管内，重力的影响不能忽略；在直径更大的管内，重力的影响起支配作用。对定热流密度条件下的换热特性得到了数值解并整理成简化计算公式。研究结果对竖直传热管内水－空气两相流蒸发换热特性提供了一种基本的流动和传热规律。     

制冷剂在毛细管内闪蒸流动的特性

针对制冷剂在毛细管中闪蒸流动过程出现的热力学不平衡现象,基于毛细管内的“综合成核”理论,建立了气泡密度模型和气泡成长模型以及闪蒸流动数学模型,计算出反映毛细管内制冷剂闪蒸流动过程特性的重要参数－气化欠压,并对计算结果进行了理论分析。结果表明：随着质量流量的增加和入口温度的降低,气化欠压增大。