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制冷剂管内强制对流换热的可视化研究

孙志利  
【摘要】: 制冷剂管内沸腾换热一直以来都是两相流研究的重点,目前对于制冷剂在实际制冷系统中的流动状态研究甚少,为研究重力供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统蒸发器沿管长方向的换热特性、管内制冷剂流动状态和换热过程,课题组设计了可视化的玻璃管蒸发器对上述问题进行研究。考虑到玻璃管蒸发器的承压能力较小的问题,系统采用R134a为制冷工质。 搭建重力供液和直接膨胀供液制冷系统可视化玻璃管蒸发器的实验装置,用热平衡法测试其在不同供液高度下玻璃管蒸发器的换热量;用高速摄像仪观察制冷剂管内流动状态,对直接膨胀供液制冷系统和重力供液制冷系统玻璃管蒸发器内制冷剂流动状态进行分析;将玻璃管蒸发器沿管长方向温度变化进行比较。 建立重力供液蒸发器的传热模型,利用阻力平衡关系对重力供液制冷系统进行分析。采用4种管内沸腾换热关联式对重力供液玻璃管蒸发器制冷剂侧换热系数进行理论分析,将关联式计算数值与实验值相比较,筛选出预测精度较好的理论模型。 研究表明,在库体内温度-5℃以上时,重力供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统都存在蒸发器供液的周期性,但造成周期性的原因是不同的,重力供液制冷系统是其蒸发器供液形式和循环过程造成的,而直接膨胀供液是由热力膨胀阀工作特性决定的;在库体内温度-5℃以上时,重力供液制冷系统的制冷量小于直接膨胀供液制冷系统,且库体内温度越高,直接膨胀供液制冷量越大,优势越明显,由此可知,在库体内温度-5℃以上时应用重力供液制冷系统不存在优势;对两个供液高度下重力供液制冷系统进行比较,再次验证了重力供液制冷系统存在最佳供液高度;对重力供液制冷系统玻璃管换热器制冷剂侧换热系数进行了模拟,模拟结果表明Shah关联式与试验工况下测得的制冷剂侧表面换热系数较为接近,其平均误差在15.45%。


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