泡沫金屬內(nèi)制冷劑潤滑油混合物沸騰傳熱與兩相流動特性.pdf

1、泡沫金屬是一種新興的多孔介質(zhì)材料，具有孔隙率高、比表面積大和空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，將其填充于換熱管內(nèi)有望提高制冷劑的流動沸騰換熱性能。在實際的制冷系統(tǒng)中，壓縮機中的潤滑油不可避免的隨制冷劑流入蒸發(fā)器，對制冷劑的流動沸騰換熱和壓降特性產(chǎn)生影響。針對泡沫金屬內(nèi)制冷劑潤滑油混合物沸騰傳熱與兩相流動特性進行研究，并提出相應(yīng)的定量描述方法，對于將泡沫金屬應(yīng)用于實際的制冷系統(tǒng)具有重要價值。
　　制冷系統(tǒng)實際運行中熱流密度低于臨界熱流密度，核態(tài)池

2、沸騰是沸騰傳熱的基本形式，因此首先需要了解泡沫金屬和潤滑油對制冷劑核態(tài)池沸騰換熱的影響規(guī)律。兩相流流型是制冷劑在管內(nèi)流動沸騰換熱的重要影響因素，因此需要了解填充泡沫金屬圓管內(nèi)制冷劑兩相流流型及流型間的轉(zhuǎn)化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，了解泡沫金屬圓管內(nèi)制冷劑潤滑油混合物流動沸騰換熱與壓降特性，以評價泡沫金屬對蒸發(fā)器性能的影響。因此，本文的研究內(nèi)容包括制冷劑潤滑油混合物在覆蓋泡沫金屬加熱表面上的核態(tài)池沸騰換熱特性、在填充泡沫金屬圓管內(nèi)的兩相流流型以及

3、流動沸騰換熱和壓降特性。取得了以下幾方面的成果：
　　1）得到了泡沫金屬和潤滑油對制冷劑核態(tài)池沸騰換熱特性的影響規(guī)律，并建立了換熱系數(shù)計算關(guān)聯(lián)式。泡沫金屬的存在極大強化了制冷劑的核態(tài)池沸騰換熱，本文實驗工況下?lián)Q熱系數(shù)較平加熱面最大提高440％；在泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，PPI（每英尺孔的數(shù)量）對制冷劑的核態(tài)池沸騰換熱的強化起主要影響，PPI越大，泡沫金屬的比表面積越大，潤濕面積也越大，強化換熱的效果也越明顯，但另一方面，PPI越大，

4、泡沫金屬的孔徑越小，對氣泡生長的抑制作用也越強，對泡沫金屬強化傳熱的抑制作用也越嚴(yán)重；隨著泡沫金屬厚度的增加，制冷劑核態(tài)池沸騰換熱系數(shù)增大，且增幅隨厚度逐漸減小。潤滑油的存在惡化制冷劑在覆蓋泡沫金屬加熱表面上的核態(tài)池沸騰換熱，本文實驗工況下?lián)Q熱系數(shù)較純制冷劑最多降低90%；泡沫金屬的PPI越大，潤滑油對換熱的惡化越明顯。所建立的換熱關(guān)聯(lián)式可以準(zhǔn)確反應(yīng)泡沫金屬結(jié)構(gòu)和潤滑油濃度對制冷劑核態(tài)池沸騰換熱的影響，覆蓋的工況范圍包括：泡沫金屬孔隙率

5、90%～98%、PPI10～20、厚度5～10mm、潤滑油濃度0～40%。
　　2）得到填充泡沫金屬圓管內(nèi)制冷劑主要的幾種兩相流流型并建立流型圖。通過可視化實驗觀測到泡沫金屬圓管內(nèi)制冷劑兩相流流型主要有彈狀流、塞狀流和環(huán)狀流。三種流型隨干度增大依次出現(xiàn)，且環(huán)狀流在填充更高PPI的泡沫金屬圓管中發(fā)生的起始干度更低。泡沫金屬的存在促進了管內(nèi)環(huán)狀流的形成，相比于無泡沫金屬的光滑圓管，填充泡沫金屬的圓管內(nèi)環(huán)狀流在更低的質(zhì)流密度和更低的干度

6、下形成。在對填充泡沫金屬圓管內(nèi)兩相流流型的實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了填充泡沫金屬圓管內(nèi)的兩相流流型圖及流型間的轉(zhuǎn)化準(zhǔn)則，并與已有的填充泡沫金屬圓管內(nèi)的流型圖進行了對比分析。
　　3）得到了泡沫金屬和潤滑油對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱特性的影響規(guī)律，并建立了換熱預(yù)測關(guān)聯(lián)式。泡沫金屬的存在極大增強了制冷劑流動沸騰換熱，本文工況下?lián)Q熱系數(shù)較無泡沫金屬的光滑管最多提高220%；在泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，PPI對制冷劑流動沸騰換熱的強化起主要影響，

7、PPI越大，泡沫金屬提供的換熱面積越大，其強化換熱的效果越明顯；泡沫金屬強化傳熱的效果隨著制冷劑質(zhì)流密度的增大而減弱。在低干度工況下，潤滑油的存在強化制冷劑在填充泡沫金屬的圓管內(nèi)流動沸騰換熱，換熱系數(shù)最多提高47%；在高干度工況下，潤滑油的存在惡化制冷劑在填充泡沫金屬的圓管內(nèi)流動沸騰換熱，換熱系數(shù)最多降低30%；潤滑油強化與惡化換熱的轉(zhuǎn)折點隨制冷劑質(zhì)流密度的增大向更低的干度移動。
　　4）得到了泡沫金屬和潤滑油對制冷劑管內(nèi)兩相流動

8、壓降特性的影響規(guī)律，并建立了壓降預(yù)測關(guān)聯(lián)式。泡沫金屬的存在極大增加了制冷劑在圓管內(nèi)的兩相流動壓降，壓降較光滑管提高2個數(shù)量級；填充泡沫金屬圓管內(nèi)制冷劑的兩相壓降隨質(zhì)流密度或者干度的增大單調(diào)遞增；在泡沫金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，PPI對制冷劑兩相流動的壓降起主要影響，PPI增大一倍，壓降增大約30%。潤滑油的混入增大了制冷劑在填充泡沫金屬圓管內(nèi)的兩相流動壓降，壓降隨油濃度的增加而增大，較純制冷劑最大提高15%；潤滑油對壓降的影響隨著質(zhì)流密度或者干