蒸发器内置毛细管开孔特性对蒸发器换热的影响

发布时间：2017-11-24 23:25

  本文关键词：蒸发器内置毛细管开孔特性对蒸发器换热的影响

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【摘要】：换热器因应用广泛而备受关注。关于强化传热技术的研究,一直都是个热点问题。本文主要基于场协同强化原理,并结合射流冲击的换热特点对常规毛细节流制冷系统进行优化,设计出一种新型的换热器装置。该换热器装置是将开孔毛细管内置到蒸发管中,使得制冷剂R134a在节流后直接从毛细管沿轴向的不同孔口处冲击到蒸发管的内壁上蒸发换热,该冲击过程中由于速度场与温度梯度方向的协同性最大而具有显著的强化换热效果。本文主要从模拟和实验两方面分析,来研究蒸发器内置毛细管的开孔特性对蒸发器换热以及整个制冷系统的影响。首先是采用COMSOL4.4软件对射流冲击过程进行数值模拟,对内置毛细管进口速度、开孔直径等对换热的影响进行分析,以作为后续实验研究制定具体方案的参考。然后进行实验研究,其中包括两次可视化实验和一次铜管换热器实验,三次实验都分别在0MPa和0.08MPa的回气压力下进行,并同时以常规毛细节流系统作对比实验。通过对比分析相应冷凝压力的变化,蒸发管表面的温度场分布,蒸发器出口温度、压缩机吸排气温度、冷凝器进出口温度以及供液温度的变化,压缩机耗功大小等,总结出内置毛细管开孔实验系统的特点以及开孔特性所产生的影响。通过对孔间距不同、孔径不一的三次开孔实验做对比研究,并记录分析实验中换热管表面的红外热像图和高速摄像图,得到以下结论:(1)可视化实验由于采用了直径大、导热系数小的化工玻璃管作为蒸发管,其供液温度主要取决于供液前闪发气体量的影响,而毛细实验因节流压降大产生闪发气体多而具有较低的供液温度;(2)开孔实验中蒸发管表面的温度场以及其它温度测点和压力测点都比较稳定,而常规毛细实验中各测点由于毛细管节流的流量调节能力差而存在较大的波动;(3)在蒸发压力和换热面积相同的条件下,毛细实验的冷凝压力常常要比开孔实验的大很多,这说明开孔实验系统的性能系数要比毛细实验的大;(4)在蒸发压力和换热面积相同的条件下,可认为开孔实验和毛细实验的制冷量也相同,但开孔实验中的制冷剂充注量一般要比毛细实验的少50%以上,这是由于开孔实验中的换热效率更高、同样换热条件下需要更少的制冷剂充注量;(5)与毛细实验相比,开孔实验因制冷剂充注量少,流经压缩机后带走的热量也少,在同样的冷凝器中换热后产生的进出口温差较大,也即开孔实验对应的的冷凝效果显著;(6)常规毛细实验的回气管路中多有回液存在,增加了功耗而没能有效制冷,开孔实验中的回气管路则无回液产生;(7)制冷量相同时,毛细实验的压缩机功耗要比开孔实验中的高6.2%-9.1%,可见开孔实验系统的效率确实比常规毛细实验的高;(8)开孔实验中孔间距过小和孔径过大会导致换热管中产生较多的残液,孔间距过大或孔径过小则又使得换热管表面温度分布不均匀;研究结果表明,以孔径在Φ0.5mm~Φ0.8mm之间、孔间距在8cm~12cm之间为宜,该范围内孔径大小和孔间距对蒸发管表面温度场的影响很小;(9)通过对数值模拟、换热过程中的红外热像图以及高速摄像图分析发现,开孔实验因为在多处射流冲击供液,并且射流冲击在冲击区中射流工质的流场和温度梯度场具有极好的协同度而能显著强化换热,使得蒸发管表面形成的温度场相对更为均匀。
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB657.5

【参考文献】

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本文编号：1224003