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工质在微小圆管内流动沸腾换热的研究

高龙  
【摘要】:近年来微小通道紧凑式换热设备在汽车、宇航、电子和制冷等行业的应用越来越广泛,但目前涉及微小通道内流动沸腾换热机理等有关的问题尚未完全解决,这方面的基础研究仍处于起步阶段。本文从流型的角度分析了大空间、大通道和微小通道内流动沸腾换热机理的差异;采用新颖开放直流式系统,设计并建造了水平微小通道内工质流动沸腾换热实验台,并对环保型工质R134a在水平微小圆管内流动沸腾换热特性进行了实验研究。新的系统克服了传统闭式循环系统操作复杂、实验参数难以控制、平衡稳定时间较长以及投资高、有关设备选型困难等缺点。实验段采用光滑不锈钢圆管,内径为1.127mm,外径为2.012mm。换热实验的工况范围为:质量流率G:200~500kg/m~2s;热流密度q:4~22kW/m~2;干度x:0~0.85;饱和温度:30±0.7℃。在研究分析中,将饱和压力的沿程变化与换热系数的研究相结合,以饱和温度沿沸腾换热段线性减小代替以往大多同类研究中恒定不变的假设,使研究结果更加合理准确;探讨了流动沸腾换热系数随干度、热流密度及质量流率等主要参数的变化规律;并将温度系数修正后的大通道内流动沸腾换热关联式与本实验条件下微小圆管内流动沸腾换热系数的实测值作了比较分析。 研究结果表明:在本实验工况范围内,微小圆管内流动沸腾换热系数随干度的变化呈单调下降趋势(个别出口干度较低情况不甚明显),在相对较高出口干度实验下发现换热系数在x=0.2~0.3之间达到最大值;在较低的干度区域,换热系数随热流密度的增加而增大;而在较高干度区域,热流密度对换热系数的影响不明显;除了较低热流密度时质量流率对换热系数的影响较大外,其它情况下影响较弱;鉴于所研究的工况大多处于相对较低的干度范围,热流密度对换热系数的影响要高于质量流率,这说明核态沸腾机理对换热的影响要大于两相强制对流蒸发机理,没有显示出核态沸腾或者强制对流蒸发机理完全受到抑制的现象。但总体上来说,微小圆管内流动沸腾换热是核态沸腾和强制对流蒸发共同作用的结果,这与大水力直径下流动沸腾换热有相似的特征。 利用本文获得的R134a在微小圆管内流动沸腾换热系数实验数据,与文献中九个


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