倾斜管内R245fa对流冷凝传热的实验研究

摘要

倾斜管内有机工质冷凝换热在工业生产中广泛应用，掌握其传热规律可以优化换热设备，节约能源。当前研究主要集中在小管径的空调管等，而随着ORC等低品位能源的兴起，冷凝管径逐渐增大，因此，本文依托北京市低品位能源与多相流动传热重点实验室，通过实验研究较大管径倾斜管内R245fa冷凝传热。
　　本文在内径14.81 mm，长1200mm的倾斜管内进行R245fa对流冷凝传热实验。实验工况为:R245fa质量流速200～700 kg/m2s，入口干度0.1～0.9，相应的弗劳德数为0.174～2.153，实验段入口饱和温度55.5℃，实验段倾角从垂直向下变化到垂直向上，分别为θ=0°、±4°、±8°、±15°、±30°、±45°、±60°、±90°。实验中流型主要为分层流、间歇流和环状流。
　　实验结果表明:冷凝传热系数随倾角增大有上升趋势，且在弗劳德数远小于1时，上升趋势明显，随着弗劳德数增大至1并继续增大，上升趋势逐渐消失。在水平角度及其附近微倾角范围内，无论增大或者减小倾角，其传热系数相对于水平角传热系数均增大。在整个倾角范围内，传热系数随角度成非线性波动趋势。
　　通过可视化分析传热规律得出结论:角度增加时，汽液界面形成强烈的界面波，强化传热。角度下降时，液位降低，热阻减小，强化传热。在不同倾角下，界面波、液位高度、流型、重力、惯性力等多因素共同作用，相互竞争，引起了传热系数的波动趋势。同时，针对传热系数随角度的增大及波动趋势，拟合出关于角度的冷凝传热关联式，其平均误差及均方根误差分别为6.36％、5.97％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 倾斜管冷凝传热研究现状

1．2．1 倾斜管流型

1．2．2 倾斜管冷凝传热

1．2．3 有机工质的选择

1．3 本文研究内容

第2章 实验系统及实验方法

2．1 实验系统

2．1．1 有机工质循环系统

2．1．2 加热器系统

2．1．3 实验段冷却系统

2．1．4 过冷系统

2．1．5 储液罐冷却系统

2．2 实验段

2．3 实验参数测量及数据采集

2．4 实验准备工作及实验步骤

2．4．1 实验准备工作

2．4．2 除气过程

2．4．3 实验步骤

2．5 数据处理

2．5．1 单相校核实验热效率

2．5．2 R45fa焓值及干度

2．5．3 传热系数

2．6 不确定度分析

2．6．1 直接测量参数的不确定度

2．6．2 间接测量参数的不确定度

2．7 本章小结

第3章 实验结果

3．1 校核实验

3．1．1 单相水校核实验

3．1．2 两相流校核实验

3．1．3 重复性实验

3．2 传热结果

3．2．1 壁温分布

3．2．2 传热系数随干度的变化

3．2．3 传热系数随质量流速的变化

3．2．4 传热系数随倾角的变化

3．3 冷凝流型

3．4 压降

第4章 传热机理分析

4．1 传热影响因素

4．1．1 界面波及液位高度对传热的影响

4．1．2 弗劳德数(惯性力、重力)对传热的影响

4．2 公式拟合

第5章 结论及展望

5．1 本文结论

5．2 本文贡献及未来工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢