R134a在臥式螺旋管內(nèi)的沸騰換熱特性與臨界熱流密度特性研究.pdf

1、由于螺旋管在傳熱與結(jié)構(gòu)方面具有直管無(wú)法比擬的優(yōu)越性,且螺旋管加工制作簡(jiǎn)單方便,結(jié)構(gòu)緊湊,同樣空間可以布置更多換熱面積,因此在換熱器中應(yīng)用廣泛,兩相流動(dòng)與傳熱在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,特別是在鍋爐、核反應(yīng)堆、油田、氣田的開(kāi)采制冷和低溫等化工設(shè)備中,是世界各國(guó)研究者研究的重要領(lǐng)域。由于螺旋管的廣泛應(yīng)用,螺旋管內(nèi)兩相流動(dòng)與傳熱問(wèn)題成為研究領(lǐng)域的重要課題之一。
　　 隨著人們對(duì)臭氧層保護(hù)意義的提高,新型環(huán)境友好型制冷劑逐漸

2、替代對(duì)臭氧層具有嚴(yán)重破壞作用的氯氟烴類(lèi)(CFCs)制冷劑走進(jìn)制冷工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。制冷劑R134a是新型替代制冷劑,對(duì)大氣臭氧層的破壞能力系數(shù)(ODP)為零,地球溫室效應(yīng)(GWP)值為0.26,不易燃,無(wú)毒,無(wú)腐蝕作用;是最具實(shí)用性的替代制冷劑工質(zhì),并且已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng)用。因此R134a螺旋管內(nèi)沸騰換熱的研究,具有重要的學(xué)術(shù)研究意義以及工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文主要內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建、調(diào)試運(yùn)行,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理,以及依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為

3、基礎(chǔ)得到的較低參數(shù)范圍內(nèi)R134a臥式螺旋管內(nèi)沸騰換熱的特性、溫度分布規(guī)律以及干度、質(zhì)量流速、熱力密度、系統(tǒng)壓力等參數(shù)對(duì)換熱特性的影響,R134a臥式螺旋管內(nèi)臨界熱流密度特性。實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍為質(zhì)量流速G=50～450kg/(m2·s)、系統(tǒng)壓力p=0.3～0.9MPa、熱流密度q=5～25kw/m2、質(zhì)量干度x=0.2～1。
　　 重點(diǎn)研究了R134a在螺旋管內(nèi)的沸騰換熱特性,實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),螺旋管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)與系統(tǒng)壓力、質(zhì)量流速

4、、熱流密度等因素有密切關(guān)系。文中給出了臥式螺旋管發(fā)生流動(dòng)沸騰時(shí)管外壁面溫度沿著螺旋管管長(zhǎng)方向的溫度分布以及螺旋管橫截面壁溫的周向分布規(guī)律,針對(duì)螺旋管內(nèi)流體流動(dòng)的特點(diǎn)分析了這種溫度分布的原因。螺旋管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)沿管長(zhǎng)方向逐漸增大,對(duì)一圈螺旋管,換熱系數(shù)在上升段增大,下降段減小,呈周期性變化規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,得到了質(zhì)量流速、熱流密度和系統(tǒng)壓力等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)換熱系數(shù)的變化趨勢(shì),分析了質(zhì)量流速、熱流密度、系統(tǒng)壓力等因素對(duì)沸騰換熱特性

5、的影響。質(zhì)量流速增大時(shí),換熱系數(shù)會(huì)隨之升高,質(zhì)量流速減小時(shí),換熱系數(shù)減小。系統(tǒng)壓力、熱流密度和質(zhì)量干度對(duì)換熱系數(shù)的影響與質(zhì)量流速類(lèi)似。并在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用線性回歸的方法得到了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好的換熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式,結(jié)果證實(shí),該關(guān)聯(lián)式能真實(shí)反映本實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)的換熱系數(shù),與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間誤差較小。
　　 還研究了低潛熱工質(zhì)R134a在臥式螺旋管內(nèi)的臨界熱流密度特性,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,闡明了發(fā)生臨界熱流密度時(shí),壁面溫度的分布沿管

6、長(zhǎng)的情況以及各測(cè)點(diǎn)溫度沿質(zhì)量干度的變化趨勢(shì),并且通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,得到了入口干度、壓力以及質(zhì)量流速等因素對(duì)臨界熱流密度的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　 臨界熱流密度隨著入口干度的增大呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì),壓力的變化對(duì)臨界熱流密度的影響不太明顯,在干度不同時(shí),系統(tǒng)壓力對(duì)臨界熱流密度的影響表現(xiàn)出不同的規(guī)律,低于度時(shí),臨界熱力密度隨著系統(tǒng)壓力的增大略微增大,當(dāng)干度大于某一值時(shí),臨界熱流密度隨著壓力的增大呈略微下降的趨勢(shì)。質(zhì)量流速對(duì)臨界熱