技術：Ｒ717 在小管（guǎn）徑內流動沸騰換熱特性

本（běn）文我們將（jiāng）搭建氨製冷劑管內（nèi）流動沸騰換熱及（jí）壓降測試實驗裝置，對氨（ān）製（zhì）冷劑在（zài）小管徑水平光管內的流動沸騰換（huàn）熱及壓降進行測試，分析幹度、質量流速及熱流密度對傳熱及壓降特性（xìng）的（de）影響（xiǎng）。

氨(Ｒ717) 是（shì）一種天然製冷劑，它應用於大（dà）型工業製冷係統中已經超過一個世（shì）紀。氨具有極好的熱物理性質和環境（jìng）友好性，因此（cǐ）在小型製冷（lěng）係統中的應用也引起了廣泛關注（zhù）。

但由於氨製冷劑存在一定的可燃性和毒性，減小其在製冷係統中的充注量（liàng）極為重要。小管徑換熱管通（tōng）常可以提（tí）供更高的表麵（miàn）傳熱係數，因此它的應（yīng）用可以提升換熱器的緊湊性，同時減少係統（tǒng）中製冷劑的充注量。

1 、實驗裝置（zhì）

圖 1 所（suǒ）示為實驗係統原理。

實驗係統共包括 4 個循環（huán）:

製冷劑（jì）主循環

過（guò）冷器（qì）和冷凝器的冷卻（què）循環

預熱器的加熱循環

控製加熱器的加熱循環

（備注：具體（tǐ）實驗步驟及設計在這裏（lǐ）不做過多闡述，如有需要可在文後留言，留下（xià）您的聯係方式，小編私下發您全文）

2、數據處理

2. 1 幹度計算

預熱器中的加熱量計算：

2. 2 表麵傳熱係數計算

局部（bù）表麵（miàn）傳（chuán）熱係數:

2. 3 摩擦壓降計算

2. 4 不確定（dìng）度分析

由於測量儀器的限製、實驗（yàn）條件的影響、測量方（fāng）法的問（wèn）題，實驗中不可避免會產生誤差。不確定度是 指由於測量（liàng）誤差的存在，對實驗結果不能肯定的程（chéng）度。本文根據 Ｒ.J. Moffat的誤差傳遞分析方法對實驗數（shù）據的不確定度進行分析。測量參數不確定度如表 2 所（suǒ）示，計算可得表麵傳熱係數的不確定度為 ± 8.3% 。

3、實驗結果（guǒ）

3. 1 表麵（miàn）傳熱係數

圖 3 所示為在 4 mm 管內飽和溫（wēn）度為 － 5 ℃工況下，流動沸騰表（biǎo）麵傳熱係數在不同質量（liàng）流（liú）速（sù）和熱流密度下隨幹度的（de）變化。

由圖 3 可（kě）知，流動沸騰表麵傳（chuán）熱係數隨著幹（gàn）度的增加而增加。且質量流速越大，表麵傳熱係數越大，這是由於對流（liú）蒸（zhēng）發換熱增大導致（zhì）。表麵傳熱係（xì）數從質量流速為50 kg /( m2 ·s) 到 80 kg /( m2 ·s) 的增長幅度遠大於從 80 kg /( m2 ·s) 到 100 kg /( m2 ·s) 的增長幅（fú）度。

該特性可以通過不同質量流速下流型（xíng）的轉變解釋。質量流速為 50 kg /( m2 ·s) 時，流型（xíng）在全幹（gàn）度範圍內主要為分層波狀流。當質（zhì）量流（liú）速增至80 kg /( m2 ·s) 和100 kg /( m2 ·s) 後，流型將在一定幹度下從分層波狀流（liú）轉變為環狀流，且質量流速越大， 轉變時的幹度越小（xiǎo）。

隨著幹度的增加，對流（liú）蒸發增強，而核態沸騰被抑製。且質量（liàng）流（liú）量越大，核態沸騰抑（yì）製發生的越早，導致不同質量流速下的流動沸騰表（biǎo）麵傳熱係（xì）數在高幹度區域相接近。

對比（bǐ）圖 3( a) 和 3( b) 可知，熱流密度增大可以增大流動沸騰（téng）表麵傳熱係數，同時可以減弱對核態沸騰的抑製。這是因為（wéi）高熱流密度（dù）可以激活更多的成核點（diǎn），加速氣泡的產生和從壁麵的脫離，強化了核態（tài）沸騰換熱。

此外，根據（jù） K.E.Gungor 等的預測模型可知，熱流密度越大，沸騰數 Bo = q /( GHlv ) 越大，而沸騰數（shù）的（de）增大使（shǐ）對流蒸發換熱的強化因子變大，進而強化對流蒸發換熱。熱流密度對流動沸騰表麵傳（chuán）熱係數的影響是這兩者共同作用（yòng）的結果。

3. 2 摩擦壓降   

圖 4 所示（shì）為在 4 mm 管內飽和溫度為（wéi） － 5. 5 ℃ 時，兩相摩擦壓力梯度在不同質量流速下隨（suí）幹（gàn）度的化。由圖 4 可知，對於不同質量流速，兩相摩擦壓降（jiàng）均隨幹度的增加而增大，這是由於隨著幹度的增加， 管內的流速增大造成的。但兩相摩擦壓（yā）降增大的速（sù）率在低幹度區域要（yào）高於高幹度（dù）區域。此外，在固定幹度下兩相摩擦壓降呈現出隨質量流速（sù）增（zēng）大而增大的趨勢。這是由於質量流速增大會（huì）引起氣相和液相的 速（sù）度顯著增大導致。

4、結論

本文得（dé）到以（yǐ）下結論:

1) 流動（dòng）沸騰表麵傳熱係數隨著幹度的增加而增大。且質量流速越大（dà），流動沸騰表麵傳熱係數越大，但當流型（xíng）轉換到環狀流後，表麵傳熱係數的增大趨勢（shì）減緩。增大熱流密度可使流動沸騰表麵傳熱係數增大，同時可以減弱對核態沸騰的抑製。

2) 隨著幹度的增大，兩（liǎng）相摩（mó）擦壓（yā）降增大，但在高幹度區（qū）域兩相摩擦壓降增（zēng）大的速率減緩。幹度（dù）相同時，兩相摩擦壓降（jiàng）隨質量流速的增大（dà）而增大，這是由於質量流速增大會引起氣相和液相的速度顯著增大導致。

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