制冷劑氟乙烷(HFC-161)管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱特性研究.pdf

1、在緩解臭氧層破壞和溫室效應(yīng)的背景下，制冷劑替代研究已成為領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。新型制冷劑氟乙烷（HFC-161）環(huán)境性能優(yōu)異(ODP=0，GWP=12)，充注量小，通用性好，被視為R22和R502的潛在替代品。制冷劑管內(nèi)換熱特性是衡量其綜合性能和替代潛力的重要指標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于HFC-161管內(nèi)換熱的研究尚未開(kāi)展，缺乏相關(guān)研究數(shù)據(jù)和計(jì)算模型。開(kāi)展此項(xiàng)研究將在填補(bǔ)相關(guān)空白的同時(shí)，為緊湊高效換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)，對(duì)于實(shí)際制冷裝

2、置運(yùn)行工況優(yōu)化，提高換熱效率和系統(tǒng)綜合效率，促進(jìn)新型環(huán)保制冷劑的推廣進(jìn)程，具有重要意義。
　　 本文從HFC-161在單根光滑管和微肋管內(nèi)沸騰換熱的基礎(chǔ)性問(wèn)題著手，以實(shí)驗(yàn)為手段獲得了沸騰換熱系數(shù)和壓降數(shù)據(jù)，從理論上分析了工況對(duì)換熱與壓降的影響，對(duì)比了HFC-161與傳統(tǒng)工質(zhì)R22的換熱與壓降性能，開(kāi)發(fā)了適用于新型制冷劑HFC-161光滑管與微肋管內(nèi)沸騰的預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)式，主要取得了以下幾方面的成果:
　　 1.搭建了用于研究制

3、冷劑管內(nèi)沸騰換熱性能的實(shí)驗(yàn)裝置，并通過(guò)R22測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了裝置的可靠性。
　　 2.研究了HFC-161在9 mm內(nèi)徑光滑管內(nèi)的沸騰換熱特性。實(shí)驗(yàn)獲得了飽和溫度5～10℃，熱流密度15～25 kW/m2，質(zhì)量流速100～200 kg/(m2·s)范圍內(nèi)的換熱系數(shù)與摩擦阻力，開(kāi)發(fā)了HFC-161光滑管沸騰換熱預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明:1）HFC-161局部換熱系數(shù)隨制冷劑干度的增大而增大，并在干度為0.5～0.7時(shí)達(dá)到最大值，之后出現(xiàn)

4、干涸現(xiàn)象，換熱系數(shù)隨干度增長(zhǎng)而下降;2)HFC-161換熱系數(shù)隨質(zhì)量流速、熱流密度的增大而增大，隨飽和溫度的升高而降低;3）HFC-161摩擦壓降隨飽和溫度升高而降低，隨質(zhì)量流速增大而顯著增大，隨熱流密度增大而略微增大;4）Gungor-Winterton關(guān)聯(lián)式、Mathur關(guān)聯(lián)式及Liu-Winterton關(guān)聯(lián)式對(duì)光滑管內(nèi)HFC-161沸騰系數(shù)預(yù)測(cè)偏差小于其他關(guān)聯(lián)式;5）新關(guān)聯(lián)式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均預(yù)測(cè)偏差為+3.4％，絕對(duì)平均偏差為6.

5、4％，最大偏差為-19.0％，88.6％的預(yù)測(cè)值以小于±18％的偏差與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。
　　 3.研究了HFC-161在7mm外徑微肋管內(nèi)的沸騰換熱特性。實(shí)驗(yàn)獲得了飽和溫度-5～8℃，熱流密度28.15～49.29 kW/m2，質(zhì)量流速100～250kg/(m2·s)范圍內(nèi)的沸騰換熱系數(shù)與壓降，開(kāi)發(fā)了HFC-161微肋管沸騰換熱預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明:1）微肋管內(nèi)HFC-161局部沸騰換熱系數(shù)隨干度呈先增后減趨勢(shì)。“干涸”開(kāi)始時(shí)所對(duì)

6、應(yīng)的干度值與工況基本無(wú)關(guān)，在0.8左右;2）質(zhì)量流速、熱流密度對(duì)HFC-161微肋管內(nèi)換熱特性的影響與光滑管相似，但飽和溫度的影響沒(méi)有明顯規(guī)律;3）微肋管內(nèi)HFC-161摩擦壓降隨工況的變化趨勢(shì)與光滑管內(nèi)一致;4）Cavallini關(guān)聯(lián)式及Yun關(guān)聯(lián)式對(duì)微肋管內(nèi)HFC-161沸騰系數(shù)預(yù)測(cè)偏差小于其他關(guān)聯(lián)式;5）新的關(guān)聯(lián)式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)平均偏差為+1.6％，絕對(duì)平均偏差為5.6％，最大偏差為+48.6％，89.1％的預(yù)測(cè)值以小于±10％

7、的偏差與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。
　　 4.對(duì)比了HFC-161與R22光滑管與微肋管內(nèi)的沸騰換熱特性，結(jié)果表明:1）在相同工況下，HFC-161光滑管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)顯著高于R22，尤其在干度＞0.4時(shí)，換熱系數(shù)相對(duì)增長(zhǎng)達(dá)到25％～32％，同時(shí)在光滑管內(nèi)，HFC-161摩擦壓降比R22降低20％左右;2）在7mm外徑微肋管內(nèi)，HFC-161沸騰換熱系數(shù)相對(duì)于R22提高5％～40％，摩擦壓降減小約18％。相比R22，HFC-161具有更好