R134a臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰阻力及傳熱特性研究.pdf

1、螺旋管是一種較為特殊的管道。其結(jié)構(gòu)緊湊，有利于一體化布置；臥式放置時重心較低，適用于對空間要求苛刻的場合，如軍艦、潛艇、空間站等；換熱效率高，由于流體在螺旋通道內(nèi)流動時受離心力作用在橫截面上形成二次流，二次流與主流的疊加運(yùn)動形式起到了強(qiáng)化換熱的作用，其換熱性能優(yōu)于直管。 目前對于螺旋管內(nèi)流動沸騰的研究大多是針對蒸汽—水的臨界熱流密度，于涸后傳熱等問題，關(guān)于制冷劑R134a在臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰阻力與傳熱特性的研究不多。當(dāng)螺旋管臥

2、式放置時，由于離心力和重力的夾角不斷變化，臥式螺旋管內(nèi)氣液兩相流動較直管中更為復(fù)雜。而現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和模型的誤差較大，適應(yīng)的參數(shù)范圍也比較窄。因此，對臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰阻力及傳熱特性進(jìn)行深入研究具有非常重要的意義。 本文搭建了兩相流實(shí)驗(yàn)臺，以綠色環(huán)保制冷劑R134a為工質(zhì)，在質(zhì)量流量G=150～550kg/㎡·s，熱流密度q=2．0～20kw/㎡，干度x=0．1～0．85的參數(shù)范圍內(nèi)，對臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰阻力與傳熱特性進(jìn)行了

3、研究，并對臥式螺旋管的強(qiáng)化換熱機(jī)理進(jìn)行了分析。主要工作如下： （1）實(shí)驗(yàn)臺的搭建是本文工作的基礎(chǔ)。首先對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流程進(jìn)行了設(shè)計。在設(shè)備選型和購置過程中，對各種所需設(shè)備進(jìn)行了廣泛的調(diào)研。委托加工了實(shí)驗(yàn)段、預(yù)熱段、鎧裝熱電偶、穩(wěn)壓罐、透明螺旋管實(shí)驗(yàn)段以及各種非標(biāo)準(zhǔn)管接頭等。自行加工了測量管壁溫度的銅——康銅熱電偶，并通過高精度恒溫水浴對每一只自制熱電偶進(jìn)行了校驗(yàn)。利用自粘式絕緣膠帶將熱電偶緊緊地纏裹在管壁上，并對安裝后熱電偶的測溫

4、準(zhǔn)確性重新進(jìn)行了檢驗(yàn)，測溫精度滿足要求。系統(tǒng)組建完成后，對其進(jìn)行反復(fù)的氣密性、耐壓及抽真空試驗(yàn)，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。 （2）利用特制的耐壓透明尼龍螺旋管管圈實(shí)現(xiàn)了對管內(nèi)流動沸騰流型的觀察與拍攝。觀察到的流型主要有泡狀流、彈狀流（塞狀流）、分層流、波狀流以及環(huán)狀流，并對各種流型的形成及變化作了相應(yīng)的分析。 （3）對臥式螺旋管沿管長方向和圓周截面方向管外壁面溫度的分布和換熱系數(shù)進(jìn)行研究，給出了臥式螺旋管沿管長方向和圓周截面方向

5、管外壁面溫度規(guī)律以及局部換熱系數(shù)的變化趨勢。分析了質(zhì)量流量和熱流密度的變化對臥式螺旋管內(nèi)局部沸騰換熱系數(shù)的影響，將結(jié)果與水平直管內(nèi)局部沸騰換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了比較。 （4）對臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰的阻力特性進(jìn)行了研究，獲得流動壓降隨質(zhì)量流量和壓力的變化規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與水平直管內(nèi)壓降實(shí)驗(yàn)值及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了比較，利用Martinelli參數(shù)關(guān)聯(lián)法，發(fā)展了流動沸騰摩擦阻力計算關(guān)聯(lián)式。 （5）對五種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的