制冷劑氟乙烷（HFC-161）管內流動沸騰換熱特性研究

【摘要】：在緩解臭氧層破壞和溫室效應的背景下,制冷劑替代研究已成為領域內的熱點問題之一。新型制冷劑氟乙烷(HFC-161)環(huán)境性能優(yōu)異(ODP=0,GWP=12),充注量小,通用性好,被視為R22和R502的潛在替代品。制冷劑管內換熱特性是衡量其綜合性能和替代潛力的重要指標。目前,國內外關于HFC-161管內換熱的研究尚未開展,缺乏相關研究數據和計算模型。開展此項研究將在填補相關空白的同時,為緊湊高效換熱設備的設計開發(fā)提供重要依據,對于實際制冷裝置運行工況優(yōu)化,提高換熱效率和系統(tǒng)綜合效率,促進新型環(huán)保制冷劑的推廣進程,具有重要意義。 本文從HFC-161在單根光滑管和微肋管內沸騰換熱的基礎性問題著手,以實驗為手段獲得了沸騰換熱系數和壓降數據,從理論上分析了工況對換熱與壓降的影響,對比了HFC-161與傳統(tǒng)工質R22的換熱與壓降性能,開發(fā)了適用于新型制冷劑HFC-161光滑管與微肋管內沸騰的預測關聯式,主要取得了以下幾方面的成果： 1.搭建了用于研究制冷劑管內沸騰換熱性能的實驗裝置,并通過R22測試實驗,驗證了裝置的可靠性。 2.研究了HFC-161在9mm內徑光滑管內的沸騰換熱特性。實驗獲得了飽和溫度5-10℃,熱流密度15-25kW/m2,質量流速100-200kg/(m2·s)范圍內的換熱系數與摩擦阻力,開發(fā)了HFC-161光滑管沸騰換熱預測模型。結果表明：1)HFC-161局部換熱系數隨制冷劑干度的增大而增大,并在干度為0.5-0.7時達到最大值,之后出現干涸現象,換熱系數隨干度增長而下降;2)HFC-161換熱系數隨質量流速、熱流密度的增大而增大,隨飽和溫度的升高而降低；3)HFC-161摩擦壓降隨飽和溫度升高而降低,隨質量流速增大而顯著增大,隨熱流密度增大而略微增大；4)Gungor-Winterton關聯式、Mathur關聯式及Liu-Winterton關聯式對光滑管內HFC-161沸騰系數預測偏差小于其他關聯式；5)新關聯式對實驗數據的平均預測偏差為+3.4%,絕對平均偏差為6.4%,最大偏差為-19.0%,88.6%的預測值以小于±18%的偏差與實驗數據相吻合。 3.研究了HFC-161在7mm外徑微肋管內的沸騰換熱特性。實驗獲得了飽和溫度-5-8℃,熱流密度28.15-49.29kW/m2,質量流速100-250kg/(m2·s)范圍內的沸騰換熱系數與壓降,開發(fā)了HFC-161微肋管沸騰換熱預測模型。結果表明：1)微肋管內HFC-161局部沸騰換熱系數隨干度呈先增后減趨勢?！案珊浴遍_始時所對應的干度值與工況基本無關,在0.8左右;2)質量流速、熱流密度對HFC-161微肋管內換熱特性的影響與光滑管相似,但飽和溫度的影響沒有明顯規(guī)律；3)微肋管內HFC-161摩擦壓降隨工況的變化趨勢與光滑管內一致；4)Cavallini關聯式及Yun關聯式對微肋管內HFC-161沸騰系數預測偏差小于其他關聯式；5)新的關聯式對實驗數據的預測平均偏差為+1.6%,絕對平均偏差為5.6%,最大偏差為+48.6%,89.1%的預測值以小于±10%的偏差與實驗數據相吻合。 4.對比了HFC-161與R22光滑管與微肋管內的沸騰換熱特性,結果表明：1)在相同工況下,HFC-161光滑管內沸騰換熱系數顯著高于R22,尤其在干度0.4時,換熱系數相對增長達到25%-32%,同時在光滑管內,HFC-161摩擦壓降比R22降低20%左右；2)在7mm外徑微肋管內,HFC-161沸騰換熱系數相對于R22提高5%-40%,摩擦壓降減小約18%。相比R22,HFC-161具有更好的管內沸騰換熱性能和更低的壓降。 【關鍵詞】：沸騰換熱 光滑管 微肋管 關聯式
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TB611;TB64
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 主要符號表9-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 制冷劑光滑管內沸騰換熱研究進展15-18
• 1.2.1 光滑管沸騰換熱實驗研究15-17
• 1.2.2 光滑管沸騰關聯式研究進展17-18
• 1.3 制冷劑微肋管內沸騰換熱研究進展18-21
• 1.3.1 微肋管沸騰換熱實驗研究18-20
• 1.3.2 微肋管沸騰關聯式研究進展20-21
• 1.4 本文的主要工作21-23
• 第2章 管內沸騰換熱實驗裝置與數據處理23-44
• 2.1 制冷劑管內沸騰換熱特性實驗裝置23-32
• 2.1.1 實驗裝置設計搭建23-24
• 2.1.2 實驗裝置介紹24-30
• 2.1.3 實驗測試段介紹30-32
• 2.2 實驗步驟與數據采集32-35
• 2.2.1 實驗步驟32-33
• 2.2.2 數據采集33-35
• 2.3 數據處理與誤差分析35-41
• 2.3.1 數據處理35-39
• 2.3.2 誤差分析39-41
• 2.4 實驗裝置可靠性驗證41-43
• 2.5 小結43-44
• 第3章 HFC-161光滑管內沸騰換熱研究44-71
• 3.1 HFC-161光滑管內沸騰換熱特性實驗研究44-57
• 3.1.1 實驗工況44-45
• 3.1.2 沸騰流型觀察45-47
• 3.1.3 HFC-161光滑管內沸騰換熱系數47-54
• 3.1.4 HFC-161光滑管內沸騰流動壓降54-57
• 3.2 HFC-161與R22光滑管內沸騰換熱與壓降特性對比57-60
• 3.3 HFC-161光滑管內沸騰換熱關聯式研究60-70
• 3.3.1 HFC-161基本物性計算60-62
• 3.3.2 已有關聯式對HFC-161光滑管內沸騰換熱的預測性62-68
• 3.3.3 HFC-161光滑管內沸騰換熱關聯式開發(fā)68-70
• 3.4 小結70-71
• 第4章 HFC-161微肋管內沸騰換熱研究71-87
• 4.1 HFC-161微肋管內沸騰換熱特性實驗研究71-78
• 4.1.1 實驗工況71-72
• 4.1.2 HFC-161微肋管內沸騰換熱系數72-75
• 4.1.3 HFC-161微肋管內沸騰流動壓降75-78
• 4.2 HFC-161與R22微肋管內沸騰換熱與壓降特性對比78-80
• 4.3 HFC-161微肋管內沸騰換熱關聯式研究80-85
• 4.3.1 已有關聯式對HFC-161微肋管內沸騰換熱的預測性80-84
• 4.3.2 HFC-161微肋管內沸騰換熱關聯式開發(fā)84-85
• 4.4 小結85-87
• 第5章 結論及展望87-90
• 5.1 主要結論87-88
• 5.2 前景展望88-90
• 參考文獻90-98
• 攻讀碩士期間取得的成果98-99
• 致謝99-100

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