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制冷系统水平管降膜蒸发特性的理论分析和实验研究

蔡文生  
【摘要】:本文基于国内外节能减排和环境保护的大背景下,在制冷剂减量技术的思想上,进行制冷系统水平管降膜蒸发研究。以降膜蒸发为研究对象,对降膜蒸发流动及换热理论进行了归纳与总结,为实验现象的分析奠定理论基础。水平管外液膜厚度的大小对降膜过程非常重要。因此,本文建立二维物理模型,在忽略相变传热的前提下,以R134a为工质,对降膜过程中水平管外液膜厚度的分布情况进行了研究。模拟结果表明:管外液膜厚度并非均匀分布,其厚度先由厚变薄,再由薄变厚,在管表面角度为150°左右时,液膜厚度为最薄;管外薄膜厚度随着制冷剂入口速度的增加而增加;在相同的入口速度下,液膜的厚度在本文模拟条件下基本不受管型的影响。在实际中,压缩机出口的工质是含有润滑油的,润滑油随着工质的流动进入蒸发器,势必对蒸发器的换热性能造成影响。针对这一问题,通过改造实验台,以R134a为工质并对3种不同管型进行研究,并分析润滑油对水平管降膜蒸发传热特性的影响。实验中蒸发温度为6℃,含油率分别为0.5%、1.2%、5.1%。工质喷淋密度分别为0.13、0.17和0.21kg?s~(-1)?m~(-1)。对测试结果进行分析与对比发现,在喷淋密度一定时,对于光滑管和02号强化管,整体上表现出管外换热系数随着含油率的增加而增大。而对于01号强化管,在低喷淋密度下,管外换热系数随着含油率的增加而增大,一直到某一最佳含油率,然后随着含油率增加而降低;在大喷淋密度下,含油率的变化对管外换热系数影响不是特别明显。出现这种情况的原因可能是由于管表面结构不同所导致的。在较高含油率时,对于光滑管,存在某一个合适的喷淋密度使管外换热系数达到最大值;对于01号强化管与02号强化管,管外换热系数的变化受喷淋密度的影响较小。在较低含油率时,对于光滑管管外换热系数受喷淋密度的影响不明显;对于01号强化管,管外换热系数随着喷淋密度的增加而增大,直到某一值,然后随着喷淋密度的增加而减小;对于02号强化管,在实验范围内,管外换热系数随着喷淋密度的增大而增大。


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