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R134a螺旋管内沸腾传热模拟研究

来逢逢  
【摘要】:螺旋管因其在传热性能上明显优于直管,且具有结构紧凑和加工制作方便等优点,在动力、能源、化工、核反应堆等场合中的蒸汽发生器和换热设备中得到了广泛应用。由于两相流动的复杂性和缺乏对汽(气)液界面传热传质和动力学行为的微观认识和定量描述等原因,螺旋管内沸腾传热,成为当前两相流研究领域的重要课题之一,具有特别重要的学术研究意义和非常广泛的工程应用价值。 电冰箱和冰柜所使用的制冷剂氯氟烃(CFCs)对大气臭氧层有严重的破坏作用,需要新型的与环境友好的制冷剂来替代。替代制冷剂R134a是目前国际公认的和被广泛推荐作为CFC-12替代物的物质。R134a的特点是对大气臭氧层的破坏能力系数(ODP)为零,地球温室效应(GWP)值为0.26,不易燃,无毒,对内衬无腐蚀作用;是最具实用性的替代制冷剂工质,并且已经投入商业应用。研究替代制冷剂R134a在螺旋管内的沸腾传热对新制冷系统的设计开发和可靠运行具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文在前人研究工作的基础上,利用数值模拟方法,对竖直管和立式螺旋管内替代制冷剂R134a的饱和泡状沸腾过程进行了三维数值模拟。加深了对竖直管和螺旋管内饱和泡状沸腾传热的认识,得到了饱和泡状沸腾过程温度场、速度场和体积含汽率的分布规律,以及这些参数沿流动方向的变化情况。结果表明:数值模拟能够很好的模拟螺旋管内饱和泡状沸腾传热,并且得出立式螺旋管能够很好的强化传热。本文还分析了质量流量、热流密度以及结构参数(螺旋曲率直径和螺旋管径的比值Dc/D)的变化对立式螺旋管内饱和泡状沸腾换热系数的影响。与已有的试验数据吻合的较好。可以为以后研究两相流动和饱和泡状沸腾传热,替代制冷剂R134a螺旋管蒸发器的设计和优化提供参考方向。 模拟参数范围:竖直管:管径D=10mm,管长L=660mm;三种立式螺旋管:管径D=10mm,螺旋曲率直径和螺旋管径的比值的变化分别为Dc/D=15,20,25,螺旋节距Pt=20mm,管长分别为L=503mm,L=660mm,L=817mm。质量流量G=200~400Kg/(m~2·s),热流密度


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