技术：Ｒ717 在小管径内流动沸腾换热特性

       

        本文我们将搭建氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置，对氨制冷剂在小管径水平光管内的流动沸腾换热及压降进行测试，分析干度、质量流速及热流密度对传热及压降特性的影响。        

       

图 1 所示为实验系统原理。

实验系统共包括 4 个循环 :

制冷剂主循环

过冷器和冷凝器的冷却循环

预热器的加热循环

控制加热器的加热循环

（备注：具体实验步骤及设计在这里不做过多阐述，如有需要可在文后留言，留下您的联系方式，小编私下发您全文）

2. 1 干度计算

预热器中的加热量计算：

2. 2 表面传热系数计算

局部表面传热系数 :

2. 3 摩擦压降计算

2. 4 不确定度分析

由于测量仪器的限制、实验条件的影响、测量方法的问题，实验中不可避免会产生误差。不确定度是 指由于测量误差的存在，对实验结果不能肯定的程度。本文根据 Ｒ. J . Moffat 的误差传递分析方法对实验数据的不确定度进行分析。测量参数不确定度如表 2 所示，计算可得表面传热系数的不确定度为 ± 8.3% 。

3. 1 表面传热系数

图 3 所示为在 4 mm 管内饱和温度为 － 5 ℃工况下，流动沸腾表面传热系数在不同质量流速和热流密度下随干度的变化。

由图 3 可知，流动沸腾表面传热系数随着干度的增加而增加。且质量流速越大，表面传热系数越大，这是由于对流蒸发换热增大导致。表面传热系数从质量流速为 50 kg /( m2 ·s) 到 80 kg /( m2 ·s) 的增长幅度远大于从 80 kg /( m2 ·s) 到 100 kg /( m2 ·s) 的增长幅度。

该特性可以通过不同质量流速下流型的转变解释。质量流速为 50 kg /( m2 ·s) 时，流型在全干度范围内主要为分层波状流。当质量流速增至 80 kg /( m2 ·s) 和 100 kg /( m2 ·s) 后，流型将在一定干度下从分层波状流转变为环状流，且质量流速越大， 转变时的干度越小。

随着干度的增加，对流蒸发增强，而核态沸腾被抑制。且质量流量越大，核态沸腾抑制发生的越早，导致不同质量流速下的流动沸腾表面传热系数在高干度区域相接近。

对比图 3( a) 和 3( b) 可知，热流密度增大可以增大流动沸腾表面传热系数，同时可以减弱对核态沸腾的抑制。这是因为高热流密度可以激活更多的成核点，加速气泡的产生和从壁面的脱离，强化了核态沸腾换热。

此外，根据 K.E.Gungor 等的预测模型可知，热流密度越大，沸腾数 Bo = q /( GHlv ) 越大，而沸腾数的增大使对流蒸发换热的强化因子变大，进而强化对流蒸发换热。热流密度对流动沸腾表面传热系数的影响是这两者共同作用的结果。

3. 2 摩擦压降   

图 4 所示为在 4 mm 管内饱和温度为 － 5. 5 ℃ 时，两相摩擦压力梯度在不同质量流速下随干度的化。由图 4 可知，对于不同质量流速，两相摩擦压降均随干度的增加而增大，这是由于随着干度的增加， 管内的流速增大造成的。但两相摩擦压降增大的速率在低干度区域要高于高干度区域。此外，在固定干度下两相摩擦压降呈现出随质量流速增大而增大的趋势。这是由于质量流速增大会引起气相和液相的 速度显著增大导致。

本文得到以下结论 :

1) 流动沸腾表面传热系数随着干度的增加而增大。且质量流速越大，流动沸腾表面传热系数越大，但当流型转换到环状流后，表面传热系数的增大趋势减缓。增大热流密度可使流动沸腾表面传热系数增大，同时可以减弱对核态沸腾的抑制。

2) 随着干度的增大，两相摩擦压降增大，但在高干度区域两相摩擦压降增大的速率减缓。干度相同时，两相摩擦压降随质量流速的增大而增大，这是由于质量流速增大会引起气相和液相的速度显著增大导致。