螺旋管內(nèi)流動沸騰傳熱特性及其預測模型研究.pdf

1、研究新型環(huán)保工質的流動沸騰換熱特性對改造和開發(fā)新式換熱設備具有重要的學術和工程應用價值。本文對原有兩相流與傳熱實驗系統(tǒng)進行升級改造的基礎上，主要對純工質R134a和混合工質R407c在臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰的傳熱特性及其預測模型進行系統(tǒng)性的研究，獲得流動沸騰傳熱過程中的壁溫變化特性，發(fā)展傳熱系數(shù)經(jīng)驗關聯(lián)式，建立傳熱惡化發(fā)生時的判斷準則，主要工作如下:
　　對臥式螺旋管內(nèi)R134a和R407c流動沸騰換熱特性進行了實驗研究，比較了兩種

2、工質流動沸騰傳熱的不同變化規(guī)律。研究結果表明:螺旋管內(nèi)R134a流動沸騰過程中的平均壁溫沿著管長呈現(xiàn)一定程度的脈動現(xiàn)象，而螺旋管內(nèi)R407c的壁溫沿著管長呈現(xiàn)明顯的鋸齒形變化，主要原因是隨著管壁加熱時間的增長沸騰換熱的液膜厚度有所減小;摩阻損失使工作壓力降低，致使蒸發(fā)溫度也隨之降低;螺旋管內(nèi)流動工質受離心力和重力的共同作用，其合力方向不斷變化致使平均壁溫在不同截面存在差異。螺旋管內(nèi)R407c周向不同截面壁溫分布變化規(guī)律基本一致，而且隨著

3、質量流量的增加，同一截面的內(nèi)外側壁面溫差逐漸減小;而螺旋管內(nèi)R134a流動沸騰過程中同一周向截面內(nèi)外側壁面溫差則相對更小。R134a流動沸騰傳熱系數(shù)沿管長總體變化是逐漸上升的，在上升過程中出現(xiàn)較小的波浪型脈動，R407c的流動傳熱系數(shù)沿管長呈現(xiàn)鋸齒形結構，且總趨勢稍有升高。螺旋管內(nèi)R134a傳熱系數(shù)比R407c的傳熱系數(shù)高。
　　為了綜合考慮核態(tài)沸騰和對流換熱的影響，通過引入Dn數(shù)來修正核態(tài)沸騰項，發(fā)展了適于螺旋管內(nèi)流動沸騰傳熱系

4、數(shù)關聯(lián)式，其預測值與實驗結果吻合較好，可以用于螺旋管流動沸騰傳熱特性的預測分析。
　　為了表征螺旋管幾何結構參數(shù)對流動沸騰傳熱過程臨界熱流的影響，本文將螺旋管的幾何特征參數(shù)（螺旋管徑、加熱長度、螺旋徑和螺旋節(jié)距）折合成一個當量因子πn，利用實驗數(shù)據(jù)分析了該當量因子對CHF的影響，得到了CHF隨當量因子的變化特性。
　　為了探索換熱設備因溫升突變而被“燒毀”的危險現(xiàn)象，對臥式螺旋管內(nèi)R134a流動沸騰傳熱惡化特性及預測準則進行

5、了研究。實驗結果表明:在高干度區(qū)域，低質量流量下內(nèi)側壁溫首先突升，外側壁溫滯后突升，但二者起飛點間距相差較小，且都發(fā)生在干度約為0.73處;高質量流量下，內(nèi)、外側壁溫幾乎同時突升，飛升點發(fā)生在干度約為0.78附近。這是因為低質流量下存在氣相夾帶和離心力的共同作用，外側點處液膜被迅速蒸干變薄而內(nèi)側點因二次流作用而得以保持一定厚度的液膜層，使得內(nèi)側點傳熱優(yōu)于外側點，而在高質量流量下內(nèi)外側液膜幾乎同時被蒸干。進一步分析了臨界熱流密度與干度間的