2014年--外文翻譯--對可代替制冷劑通過節(jié)流短管流動的一個通用關(guān)聯(lián)式（譯文）

1、<p>　　中文3872字，3000單詞</p><p>　　出處：Choi J, Chung J T, Kim Y. A generalized correlation for two-phase flow of alternative refrigerants through short tube orifices[J]. International journal of refrigeration

2、, 2014, 27(4): 393-400.</p><p>　　對可代替制冷劑通過節(jié)流短管流動的一個通用關(guān)聯(lián)式</p><p>　　J Choi, JT Chung, Y Kim</p><p><b>　　一、摘要 </b></p><p>　　本研究的目的是為通過節(jié)流短管的替代制冷劑的流量預(yù)測建立一個通用關(guān)

3、聯(lián)式。兩相通用關(guān)聯(lián)式和過冷進口條件關(guān)聯(lián)式分別來自于由Buckingham Pi發(fā)明的冪律形式的無量綱參數(shù)。目前的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫包括的R12,R22,R134a,R407C,R410A,R502廣泛的實驗數(shù)據(jù)均來源于開放的文獻。在數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上及節(jié)流短管入口過冷進口條件下，平均偏差收斂于0.3%,標準偏差6.1%。而根據(jù)該數(shù)據(jù)庫預(yù)測,對兩相入口條件中平均偏差為0.2%,標準偏差5.0%。利用現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)式，兩相和過冷進口條件預(yù)測偏差從-2

4、1%到18%不等。</p><p><b>　　二、介紹</b></p><p>　　氯氟烴(CFC)和氟氯烴化合物(HCFC)被氟代烷烴(HFC)和HFC混合物取代是因為對臭氧層和全球變暖的關(guān)注。設(shè)計一個用新制冷劑的高效空調(diào)或者熱泵需要為系統(tǒng)中每一組件的性能設(shè)計更多的準確的數(shù)據(jù)和模型。由于簡單、低成本、可靠性高、消除用于流向改變熱泵附加止回閥流向的優(yōu)點，節(jié)流短管已經(jīng)

5、在空調(diào)和熱泵領(lǐng)域作為一種膨脹裝置而廣泛應(yīng)用。制造商需要一個預(yù)測質(zhì)量流量的設(shè)計工具 ,以滿足設(shè)計要求與替代制冷劑要求，因此,預(yù)測通過節(jié)流短管替代制冷劑流量的廣義關(guān)聯(lián)式必須被開發(fā)出來以提供一個方便的設(shè)計工具。在過去的幾十年中,許多研究人員已經(jīng)廣泛研究了節(jié)流短管的性能。早期的對通過節(jié)流短管兩相流動的研究重點是在R22 、R12上。Aaron 和 Domanski　在過冷管孔入口條件下，發(fā)展了一種經(jīng)驗上的方法來預(yù)測R22質(zhì)量流量，基于他們的測試

6、數(shù)據(jù)和修改過的單相孔方程。Kim和 O’Neal 通過擴展Aaron 和 Domanski的關(guān)聯(lián)式，也提出了一種經(jīng)驗的R22節(jié)流短管流動關(guān)聯(lián)式。近期,用可代替的制冷劑，一些經(jīng)驗的關(guān)聯(lián)式來預(yù)測制冷劑通過節(jié)流短管的質(zhì)量流量也已經(jīng)提出來了。Kim 和 O’Neal　通過調(diào)整R134</p><p>　　大多數(shù)在預(yù)測流過節(jié)流短管時的制冷劑流率量的經(jīng)驗的關(guān)聯(lián)式，是通過運用修改了的單相孔方程而得到發(fā)展?？纱嬷评鋭┝鹘?jīng)節(jié)流短

7、管的廣義關(guān)聯(lián)式在公開的文獻非常有限。大多數(shù)可代替制冷劑的關(guān)聯(lián)式只在過冷進口條件下適用并且形式復(fù)雜。此外,大多數(shù)的關(guān)聯(lián)式發(fā)展確認于基于自己實驗的有限的數(shù)據(jù)庫。因此,本研究的目的是開發(fā)一個兩相流動的簡單形式的關(guān)聯(lián)式來預(yù)測通過節(jié)流短管的替代制冷劑制質(zhì)量流量。Buckingham pi 的理論用于在操作條件、節(jié)流短管結(jié)構(gòu)、制冷性能等條件下產(chǎn)生無量綱參數(shù)。比較數(shù)據(jù)庫預(yù)測和在文獻里存在的關(guān)聯(lián)式驗證了現(xiàn)在的關(guān)聯(lián)式。</p><p&

8、gt;<b>　　術(shù)語</b></p><p>　　D 內(nèi)徑（m）</p><p>　　L 長度（m）</p><p>　　? 質(zhì)量流率</p><p>　　Pc 臨界壓力</p>&

9、lt;p>　　Pdown 出口壓力</p><p>　　Pin 進口壓力</p><p>　　Psat 飽和壓力</p><p>　　Tc 臨界溫度</p><p>　　ΔTsc 過冷度</p>

10、;<p>　　Xin 進口干度</p><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　Ρ 密度</p><p>　　Π 無量綱參數(shù)組</p><p>　　σ 表面張力&l

11、t;/p><p>　　μ 粘度</p><p><b>　　腳注</b></p><p>　　f 飽和液體</p><p>　　g 飽和蒸汽</p><p>　　mean

12、平均值</p><p>　　meas 測量的</p><p>　　pred 預(yù)測的</p><p><b>　　三、 關(guān)聯(lián)式的發(fā)展</b></p><p><b>　　1、關(guān)聯(lián)式的數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　現(xiàn)在

13、關(guān)聯(lián)式的數(shù)據(jù)庫來自于覆蓋大量節(jié)流短管結(jié)構(gòu)、可代替制冷劑R12和R22的公開文獻。表1顯示了包括數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)點數(shù)量的詳細資料。這個數(shù)據(jù)庫包含了六種制冷劑總共2126個數(shù)據(jù)點：在過冷進口和兩相入口條件下的R12, R22, R134a, R407C, R410A, R502。在這項研究中,兩個通用關(guān)聯(lián)式和兩相入口條件，由于主要操作參數(shù)的差異,分別地單獨發(fā)展。數(shù)據(jù)庫涵蓋了大范圍的節(jié)流短管直徑，從1.0到2.0毫米,短管長度從9.5到25.4

14、毫米、冷凝溫度從35至54 °C,蒸發(fā)溫度從-1.1到16.6攝氏度(根據(jù)飽和壓力下的入口溫度)，進口過冷度從0.1℃至20 ℃、進口質(zhì)量從1到30%。所有包括在數(shù)據(jù)庫中的節(jié)流短管有一個尖銳的入口形狀。數(shù)據(jù)庫的范圍將會限制這種關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用。</p><p>　　2、過冷 進口工況關(guān)聯(lián)式</p><p>　　為了為廣義關(guān)聯(lián)式產(chǎn)生接近的無量綱參數(shù)，通過節(jié)流短管影響質(zhì)量流量的

15、變量選擇基于數(shù)據(jù)的分析。對于過冷的進口條件,本文考慮的操作參數(shù)是入口壓力Pin、過冷度△Tsc,飽和壓力Psat相應(yīng)飽和壓力相對入口溫度、Pdown下游壓力降Pdown。因為過冷液體區(qū)域是影響質(zhì)量流量主導(dǎo)因素之一，所以飽和壓力Psat被包含，壓力差異, Pc -Pin, Pc -Psat, 和 Pc -Pdown,,是用來考慮每一種替代制冷劑參考壓力的相對壓力。</p><p><b>　　表1<

16、/b></p><p><b>　　現(xiàn)在關(guān)聯(lián)式的數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　亞穩(wěn)態(tài)的存在增加了通過節(jié)流短管的質(zhì)量流量，這是由于相對高的流體密度。亞穩(wěn)態(tài)流動存在的影響可以表現(xiàn)為表面張緊和壓力降的作用。因此,選擇的亞流特性和摩擦相關(guān)性能是粘度µ、液體抱和蒸氣階段密度ρ以及和表面張σ。除了這些變量,臨界溫度Tc，也包括于無因次進口過冷度ΔTsc。 短

17、管孔直徑D和長度L包含于要考慮的質(zhì)量流率的幾何影響。結(jié)果關(guān)系質(zhì)量流率和選擇的過冷進口條件變量，用給定的關(guān)系式形式：</p><p>　?。?） </p><p>　　對于有四個重復(fù)變量D, ρf, μf, and Tc的方程（1）選擇的變量，九個無量綱化Pi群源自Buckingham Pi 定理的應(yīng)用。每個Pi群的定義(π1?π9)在過冷進口條件下在表2給出。</p

18、><p><b>　　表2</b></p><p>　　現(xiàn)在關(guān)聯(lián)式的無量綱π組</p><p>　　為了生成一個簡單形式的無量綱化Pi群,在原參數(shù)復(fù)雜的重復(fù)變量被修改的參數(shù)Pin 或Pc取代。此外,原來的π5組修改為因為修改參數(shù)更能保證大的流率。廣義關(guān)聯(lián)式的無量綱的質(zhì)量流量Π1在過冷進口條件下產(chǎn)生于剩下的Pi組的一個冪律形式。系數(shù)和八個獨立的Pi組

19、利用目前數(shù)據(jù)庫，由非線性回歸確定。制冷劑的所有屬性通過REFPROP計算。最后,制冷劑質(zhì)量流量廣義關(guān)聯(lián)式在流經(jīng)節(jié)流短管過冷進口條件下通過以下關(guān)系式給出：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　3、 兩相入口條下的關(guān)聯(lián)式</p><p>　　兩相進口工況的一個通用關(guān)聯(lián)式也經(jīng)同樣的過程發(fā)展起來的，該過程用于過冷進口工況關(guān)聯(lián)

20、式并修改了一些為滿足操作條件的無量綱參數(shù)。基本上,純制冷劑在兩相進口條件下,對測試區(qū)進口壓力和飽和壓力是一致的。此外,亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域的的影響在兩相入口條件下可以忽略不計,。因此,飽和壓力和表面張力可以從在兩相入口條件下影響質(zhì)量流率的變量中排除，,并且進口質(zhì)量可被過冷度取代。進口平均密度,由方程(3)給出，由于進口密度對質(zhì)量流率重大影響，考慮到流體進入短管孔更準確的密度，而取代飽和液體密度。</p><p><b

21、>　?。?）</b></p><p>　　通過修改方程(1)并結(jié)合進口條件和兩相進口條件的差異,質(zhì)量流量和兩相入口條件之間的關(guān)聯(lián)式可以表示為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　在有循環(huán)變量D, ρf，µf和Tc的方程（4）所選的變量應(yīng)用Buckingham Pi的定理派生出七個無量綱的P

22、i組。質(zhì)量xin修改為。每個Pi組(π1,π2,π3,π6,π8,π10,π11)的定義在兩相入口條件時如2表所示。</p><p>　　兩相進口條件的關(guān)聯(lián)式來自冪律形式的剩余Pi組,在過冷進口條件時使用同樣的方法。總之,兩相進口工況下的廣義關(guān)聯(lián)式如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　4.驗證

23、關(guān)聯(lián)式</b></p><p>　　為了驗證本關(guān)聯(lián)式,預(yù)測的質(zhì)量流率和現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫以及Payne關(guān)聯(lián)式進行比較。相對偏差、平均偏差、標準偏差,在方程(6)-(8)給出,分別是用來確定擬合度。</p><p><b>　　相對偏差（%）=</b></p><p><b>　　（6）</b></p>&

24、lt;p><b>　　平均偏差（%）=</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　標準差（%）=</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　圖1和2顯示在兩相進口工況利用現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)式

25、預(yù)測的質(zhì)量流率的對比分析,分別地針對目前數(shù)據(jù)庫中的六種制冷劑:R12,R22,R134a,R407C,R410A,R502。如圖1所示,目前純凈制冷劑和混合制冷劑關(guān)聯(lián)式的相對偏差分別為從16.5%到15.3%,從20.7%到17.9%?；谀壳皵?shù)據(jù)庫，對過冷進口條件下的關(guān)聯(lián)式收斂在平均偏差為0.3%,標準偏差為6.1%范圍內(nèi)。如圖2所示在兩相進口工況時目前關(guān)聯(lián)式顯示與偏差在17%、預(yù)測收斂平均偏差為0.2%,標準偏差為5.0%的數(shù)據(jù)庫符

26、合的很好。對所有包括過冷和兩相進口條件的數(shù)據(jù)庫，預(yù)測的相對偏差從21%到18%之間。目前接近91%的數(shù)據(jù)庫有偏差±10%的內(nèi)相關(guān)。</p><p>　　為了檢查每一組制冷劑關(guān)聯(lián)式的適用性，關(guān)聯(lián)式和CFC、HCFC、HFC的每一組進行對比。使用CFC、HCFC目前的相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，圖3顯示了預(yù)測的相對偏差。CFC和HCFC所做的預(yù)測,相對偏離-17.9%到13.5%之間,平均偏差為0.1%,標準偏差4.

27、8%。圖4顯示了HFCs預(yù)測的質(zhì)量流率和數(shù)據(jù)的對比。預(yù)測的相對偏差從-20.7%提高到+ 17.9%,平均偏差、標準偏差分別為0.7%和6.6%。如圖1 - 4,由于恰到好處的無量綱參數(shù)影響的考慮這個研究包括了所有的制冷劑預(yù)測結(jié)果的偏差非常合理。為了驗證本關(guān)聯(lián)式和已有關(guān)聯(lián)式,Payne關(guān)聯(lián)式和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫比較。見表1，Payne關(guān)聯(lián)式顯示出R12,R22,R407C,R410A,R502良好的預(yù)測,但它于R134a數(shù)據(jù)具有相對大的偏差。

28、</p><p>　　圖5顯示，由于入口過冷度和質(zhì)量影響，R134a預(yù)測有相對偏差。在高質(zhì)量和高過冷度時由于他的數(shù)據(jù)庫的限制，佩恩的關(guān)聯(lián)式顯示較大的偏差。使用涵蓋了質(zhì)量從0到10%和過冷度從0到13.9攝氏度的數(shù)據(jù)庫，佩恩的關(guān)聯(lián)式得以發(fā)展。然而,目前關(guān)聯(lián)式還算合理，對所有制冷劑與實驗數(shù)據(jù)保持一致。基于目前數(shù)據(jù)庫，平均偏差和標準偏差，目前的關(guān)聯(lián)式偏差分別為0.1%和5.6%,而佩恩相關(guān)文獻 代表一個平均偏差為0.0

29、%,標準偏差為6.2%。但應(yīng)該注意的是兩相進口工況下的關(guān)聯(lián)式比使用佩恩關(guān)聯(lián)式變得容易使用，這是由于少的無量綱參數(shù)和系數(shù)。對于兩相入口條件下,佩恩關(guān)聯(lián)式需要11個無量綱參數(shù)和16個系數(shù),而現(xiàn)在的關(guān)聯(lián)式需要7個無量綱參數(shù)和7個參數(shù)?；旧?廣義關(guān)聯(lián)式適用于預(yù)測制冷劑流過節(jié)流短管時的質(zhì)量流量，并有廣泛的操作范圍和制冷劑范圍。然而,當(dāng)關(guān)聯(lián)式應(yīng)用范圍之外的數(shù)據(jù)庫時，系數(shù)的相關(guān)精度不能保證。</p><p><b>

30、;　　5、結(jié)論</b></p><p>　　預(yù)測制冷劑在過冷和兩相進口條件通過節(jié)流短管時質(zhì)量流量的廣義關(guān)聯(lián)式,發(fā)展于冪級數(shù)形式的無量綱化的pi-組。無量綱參數(shù)產(chǎn)生于把BuckinghamPi理論運用于操作條件、流體性質(zhì)、短管的幾何形狀的變化。數(shù)據(jù)庫包括從公開文獻得到的R12,R22,R134a,R407C,R410A,R502廣泛的實驗數(shù)據(jù)。目前的關(guān)聯(lián)式與數(shù)據(jù)庫符合的很好，在過冷進口條件下平均偏差為0

31、.3%,標準偏差為6.1%，另外在兩相入口條件下,平均偏差為0.2%,標準偏差的5.0%,。在兩相進口條件下目前關(guān)聯(lián)式的相對偏差從-21%至18%。目前的關(guān)聯(lián)式顯示在使用兩相入口條件時比佩恩關(guān)聯(lián)式有更簡單的形式,而且在高質(zhì)量和高的過冷度時預(yù)測符合的更好。</p><p><b>　　聲明</b></p><p>　　這項工作是由Carbon Dioxide Reduc

32、tion & Sequestration Center，一個由韓國科學(xué)技術(shù)部門資助的21世紀前沿項目，共同支持完成。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　A generalized correlation for two-phase flow of alternative refrigerants through short tu

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