人字形微翅片管和涟漪纹管对流蒸发和冷凝的传热机理研究

摘要

在过去的几十年里，强化传热技术有了很大的发展。强化传热技术，能够提高换热设备的效率，减小重量和体积。不过随着工业不断的发展，对于传热技术的要求也越来越高，需要对强化传热技术进行更多的研究。另外，随着人们对于环境问题越来越多的关注，寻找新一代制冷工质来替代有温室效应的制冷剂，也迫在眉睫。
　　本文对光管、人字形微翅片管和涟漪纹管三种铜管进行了实验研究，铜管的外径是12.7mm，内径是11.43mm，实验测量的单管长度是1.9m，换热工质采用R22，R410A和R32三种不同制冷剂。
　　单相实验采用R22为换热工质，制冷剂的饱和温度为49℃，制冷剂质量流速为130-246.8kg/(m2s)，热流量为6.43-14.9kW/m2。实验结果表明，光管的单相换热系数最低。人字形微翅片管的单相换热系数明显高于光管，为光管的1.16-1.35倍。涟漪纹管的单相换热系数最高，是光管的1.75-1.95倍。光管的单相换热系数明显比Gnielinski关联式的预测值要高出很多，是关联式预测值的1.24-1.31倍。光管内的单相压降最低，人字形微翅片管的压降比光管要大，随着雷诺数的增大，人字形微翅片管与光管的压降趋于接近。涟漪纹管的压降最高，是光管的2.14-2.70倍。涟漪纹管的综合性能因子是1.34-1.40，说明涟漪纹管的综合性能是很好的，人字形微翅片管的综合性能因子是0.91-1.37。
　　冷凝实验采用R22，R410A和R32为换热工质，质量流速为56.2-178.5 kg/(m2s)，热流密度为9.9-30.4kW/m2。其中R22和R410A的冷凝饱和温度为47℃，进出口干度分别是0.8和0.2；R32的冷凝饱和温度为45℃，进出口干度分别是0.8和0.1。光管的冷凝换热系数最低，人字形微翅片管的冷凝换热系数最高，大约是光管的2.3-3.2倍。涟漪纹管的冷凝换热系数大约是光管的1.3-2.0倍。采用光管内冷凝换热关联式对光管实验结果进行对比，关联式分别采用：Haraguchi关联式，Shah关联式，Dobson和Chato关联式和Cavallini关联式。对人字形微翅片管内冷凝换热系数也和关联式进行对比，关联式采用：Kedzierski和Goncalves关联式，Cavallini关联式和Olivier关联式。并且对三种制冷剂的换热系数进行对比，分析不同制冷剂的换热效果。
　　蒸发换热实验采用了三种不同的制冷剂，分别是R22，R410A以及R32，制冷剂的蒸发饱和温度选取6℃。其中，制冷剂R22和R410A的进出口干度分别是0.1和0.9，制冷剂R32的进出口干度分别是0.1和0.8。制冷剂的质量流速为53.1-140.9kg/(m2s)，热流密度为13.9–36kW/m2。光管内蒸发换热系数是最低的。涟漪纹管的蒸发换热系数是最高的，人字形微翅片管的蒸发换热系数介于光管和涟漪纹管之间。采用 Wojtan提出的流型分析方法对蒸发过程的流型进行分析，发现蒸发实验过程处于弹状流+分层流/波状流和分层流/波状流区域，并没有达到环形流的状态。另外对光管内的蒸发换热系数采用修正的Wojtan关联式和Liu关联式进行对比。
　　人字形微翅片管和涟漪纹管的气液两相压降采用 R22为工质，进出口平均干度是0.55。人字形微翅片管的压力损失比光管的理论值要高很多，涟漪纹管的两相压降最高。人字形微翅片管的压降和关联式的吻合程度很高。

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符号表

1 引言

1.1 选题背景

1.2 研究现状

1.3 已有研究不足

1.4 本文主要研究内容

1.5 本文结构安排

2 实验系统设计

2.1 实验系统介绍

2.2数据处理

2.3误差分析

2.4实验台测试验证

2.5 本论文所要研究的实验管

2.6 本章小结

3单相换热的实验研究与理论分析

3.1 单相换热实验的工况

3.2 单相换热系数的结果分析

3.3 单相压降的结果与分析

3.4 综合性能的评价

3.5 本章小结

4冷凝换热的实验研究与理论分析

4.1 冷凝换热实验的工况

4.2 冷凝换热过程换热系数的分析

4.3 光管内冷凝换热系数和关联式的对比

4.4 人字形微翅片管内冷凝换热系数和关联式的对比

4.5 本章小结

5 蒸发换热的实验研究与理论分析

5.1 蒸发换热实验的工况

5.2流型的判断

5.3 蒸发换热系数的分析

5.4 光管蒸发换热系数和关联式的比较

5.5 本章小结

6 气液两相流压降的评价

6.1 气液两相流压降测量的工况

6.2 气液两相流压降的实验结果

6.3 人字形微翅片管内两相流压降与关联式的对比

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果