含油制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降特性的研究.pdf

1、采用小管徑換熱管或C型彎曲換熱管是降低蒸發(fā)器成本和改善能效的重要手段之一。目前外徑為5mm或7mm的換熱管正在被廣泛地應(yīng)用于空調(diào)蒸發(fā)器，且有采用更小管徑換熱管的趨勢。潤滑油的混入增加了制冷劑在這類換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱的復(fù)雜性。如何計算含油制冷劑在相對小管徑換熱管和C型彎曲換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱系數(shù)和壓力損失，定量評價潤滑油的混入對蒸發(fā)器性能的影響，對促進小管徑換熱管在緊湊式蒸發(fā)器設(shè)計中的工程應(yīng)用具有重要價值。 本文從含油制冷劑

2、在單根換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱特性和壓力損失特性等基礎(chǔ)性問題的研究入手，以含油制冷劑混合物性計算模型為切入點，以實驗為手段，以開發(fā)工程應(yīng)用換熱及壓降模型為目的，在無油制冷劑翅片管蒸發(fā)器分布參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，增加了潤滑油對蒸發(fā)器性能影響的分析功能。為預(yù)測潤滑油對蒸發(fā)器換熱系數(shù)、壓力損失以及蒸發(fā)器性能等的影響奠定了一定基礎(chǔ)。 取得了以下幾方面的成果： 1．基于現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)開發(fā)了制冷劑．潤滑油混合物物性計算模型。該混合物性計算模

3、型為分析潤滑油的混入對制冷系統(tǒng)和部件性能的影響奠定了基礎(chǔ)。 2．設(shè)計并搭建了含油制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱及壓降特性測試實驗臺。該測試裝置可實現(xiàn)在線連續(xù)準(zhǔn)確注油，克服了現(xiàn)有注油方式的缺點，為在全工況大范圍內(nèi)考察潤滑油的混入對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降的影響提供了重要手段。 3．對含油制冷劑在相對小管徑水平直光管和C型彎曲光管內(nèi)的流動型態(tài)進行了實驗研究。水平直光管的主流流型以波狀流、波狀-環(huán)狀流、環(huán)狀流及彌散環(huán)狀流的形式出現(xiàn)

4、。研究發(fā)現(xiàn)潤滑油的混入一方面會使波狀流到環(huán)狀流的過渡向干度減小的方向滑移；另一方面使環(huán)狀流到彌散環(huán)狀流的過渡向干度增大的方向滑移。水平C型彎曲光管內(nèi)的主流型態(tài)與水平直光管沒有明顯區(qū)別，但流型之間過渡干度值略有不同，前者由于受離心力的作用，出現(xiàn)環(huán)狀流形成延遲以及彌散環(huán)狀流提前的現(xiàn)象。 4．對含油制冷劑在相對小管徑水平直光管和C型彎曲光管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降特性進行了研究。潤滑油的混入對制冷劑在相對小管徑換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱和壓降

5、特性的影響遠較大管徑換熱管敏感。隨著換熱管徑的減小，油的換熱增強效果減弱甚至消失。通過壓降和換熱系數(shù)的無量綱參數(shù)的定義，發(fā)現(xiàn)基于混合物性的全液相壓降乘子以及兩相換熱增強因子與局部油濃度具有良好的線性相關(guān)度，且不同干度和質(zhì)量流量下變化斜率一致。 5．根據(jù)實驗研究結(jié)論，提出的基于混合物性的適用于相對小管徑水平直/彎管的壓降和換熱模型，能反映潤滑油在制冷劑中的真實存在狀態(tài)及對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降的影響規(guī)律，物理意義明確，壓降模

6、型95％以上的預(yù)測值與實驗數(shù)據(jù)的偏差保持在±15％以內(nèi)；而換熱模型預(yù)測值與90％以上的實驗數(shù)據(jù)的偏差在±20％以內(nèi)。 6．潤滑油對蒸發(fā)器性能影響可歸結(jié)為潤滑油的混入對換熱系數(shù)、壓降、管內(nèi)外換熱溫差以及蒸發(fā)器出口處潤滑油中制冷劑殘留量的影響。局部換熱系數(shù)和局部壓力的沿程分布表明，潤滑油對換熱系數(shù)和壓降的影響仍然是影響蒸發(fā)器整體性能的決定因素。當(dāng)潤滑油循環(huán)量為3％時，蒸發(fā)器制冷量的衰減約為5％左右，在出口過熱度較小時，潤滑油中制冷劑