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R410A-润滑油混合物在5 mm水平强化管内流动冷凝换热和压降特性研究

任凡  
【摘要】: 传热特性和流动特性,是R22的理想替代物。采用小管径换热管是降低R410A空调蒸发器成本和改善能效的重要手段之一。目前外径为5.0 mm的小管径换热管正在被广泛地应用于R410A空调冷凝器,且有采用更小管径换热管的趋势。润滑油的混入增加了R410A在这类换热管内流动冷凝换热的复杂性。如何计算R410A-润滑油混合物在小管径换热管内的流动冷凝换热系数和压力损失,定量评价润滑油的混入对冷凝器换热管内换热与压降性能的影响,对于设计开发紧凑式冷凝器,促进小管径换热管的工程应用,推动环保制冷剂R410A替代R22的进程,具有重要价值。 本文采用实验和理论相结合的方法,通过实验研究,分析了R410A-润滑油混合物在5 mm强化管内的流动冷凝换热特性和压降特性;在实验研究基础上,开发了R410A-润滑油混合物在强化管内的冷凝换热关联式与压降关联式;基于R410A-润滑油混合物在单根换热强化管内沸腾和冷凝关联式,分析了齿高对于换热器性能的影响。研究的主要工作与结论如下: (1)在上海交通大学已有R410A-润滑油混合物管内流动沸腾换热和压降特性的实验系统的基础上进行改造,搭建了R410A-润滑油混合物管内流动冷凝换热和压降特性的实验系统。 (2)对R410A-润滑油混合物在5 mm水平强化管内的流动冷凝换热特性进行了实验研究。研究结果表明,在所测试工况内,R410A-润滑油混合物的换热系数随质流密度的增大而增大;在不同的质流密度工况下,纯制冷剂R410A的换热系数随干度的减小而减小,而R410A-润滑油混合物的换热系数随干度的增大先增大,在干度为0.7左右时达到最大值;干度大于0.7时,换热系数随干度的增大而下降。在油浓度为1%的大部分工况下,换热系数与无油工况下相差不大,可以认为油的影响忽略不计。而在油浓度3 %和5 %工况下,油的存在恶化了换热,换热系数下降了9.3 %~36.5 %。基于混合物性开发了适合R410A-润滑油混合物在5 mm水平强化管内流动冷凝的换热关联式,新关联式的预测值与92 %的实验数据误差在±20 %以内,平均误差为6.7 %,最大误差为34.5 %,所拟合的新换热关联式和实验数据具有较好的一致性。 (3)对R410A-润滑油混合物在5 mm水平强化管内流动冷凝的压降特性进行了实验研究,研究结果表明,对于纯制冷剂R410A和R410A-润滑油混合物,5 mm强化管内的摩擦压降随着质流密度和干度的增大而增大;对于R410A-润滑油混合物,油的存在对混合物的摩擦压降的影响与干度有很大关系,中低干度时会减小压降,而高干度时会增加压降。在中低干度工况下,当平均油浓度从0%增长到5%时, R410A-润滑油混合物的摩擦压降最大可减小29%;在高干度工况下,当平均油浓度从0%增长到5%时,R410A-润滑油混合物的摩擦压降最大可增加8%。基于混合物性,开发了适合R410A-油混合物在5 mm水平强化管内流动冷凝的压降关联式,新的压降关联式预测值与91%的实验数据的误差在±20%以内,平均误差为-1.86%,与压降实验值具有较好的一致性。 (4)根据已有的5 mm水平强化管内流动沸腾换热和压降关联式,以及新开发的5 mm水平强化管内流动冷凝换热和压降关联式,分析了5 mm水平强化管的齿高对于制冷系统性能的影响,给出了强化管的内螺纹齿高设计的推荐值。


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