R290在小管径水平管内凝结换热的实验研究

发布时间：2020-01-27 02:15

【摘要】：随着温室效应的加重,限制使用高GWP值的制冷剂已经成为了一种趋势,寻找环保的替代制冷剂,已经成了人们所面临的、必须迫切解决的问题。R290是R22理想的替代制冷剂之一,拥有出色的环保性能和热物性质,但存在可燃性的安全问题。为了降低R290可燃性风险,需要尽可能减少制冷系统中R290的充灌量,而冷凝器通常和压缩机组合成房间空调器的室外机,较易发生燃爆性危险,冷凝器传热管的小径化可在满足同等散热要求的条件下减少R290的充灌量,为此,有必要对R290在小管径水平传热管内的凝结换热进行研究。论文主要工作如下:设计并搭建了流动凝结换热实验台,对R290在小管径水平管内的凝结换热特性进行实验研究。实验选取的管型为光滑管和微肋管,管内径分别为6mm和4mm。实验工况设定饱和温度为40℃、50℃和55℃,质量流速为100~300kg/(m2·s),干度范围为0~1,热流密度为3~10kW/m2。通过对实验数据的处理,分析了干度、质量流速、饱和温度、热流密度和管型管径对R290管内凝结换热的影响。研究表明,一定工况下,R290的管内凝结换热系数随着质量流速和干度增大而增大。相同工况下,热流密度增加,凝结换热系数随之增加;饱和温度增加,凝结换热系数随之减小;管径越小,凝结换热系数越大。微肋管内的整体凝结换热系数大于光滑管,但在高干度工况下微肋管强化换热性能会有所削弱;质量流速和饱和温度对R290在不同管型内凝结换热的影响不完全相同。并提出在R290的冷凝器设计中,存在最佳热流密度使所设计的冷凝器在常规工况下凝结换热性能最佳而能耗增加较少。通过将Chang、Cavallini、Thome、Yu、Kedzierski关联式的预测数据与所得实验数据进行对比,分析了现有关联式的优点与不足。指出通过对凝结换热过程的流型细化和换热特性研究,能够提高关联式对R290小管径传热管内凝结换热的预测精度。现有关联式中,Cavallini关联式对小管径光滑管和微肋管的预测精度均为最高,Thome关联式对光滑管的预测精度较好,Chang、Thome、Yu、Kedzierski关联式对微肋管预测精度则不够理想。
【图文】：

实验系统

于实验段换热总量有限，为了提高实验精度，恒温加热器所设定的温度通常比管内制冷剂的饱和温度低 8~10℃，从而使实验段冷却水的进出口水温在 2℃以上，以保证测量精度。过冷剂循环的主要功能是对从实验段出来的 R290 气液混合物进行过冷，一方面能够避免气液混合物进入之后的质量流量计，影响质量流量计的正常工作，另一方面保证了实验台管路的热平衡。为了保证过冷段的有效性，在参数设计时，假设从实验段出来的 R290 干度为 1，计算了设计质量流量下过冷段所需最大换热功率。为实现这一目的，本文采用型号为 8-12AC 的风冷冷水机组提供流量为 0~5L/min，温度为-5℃~5℃的 30%乙二醇冷却剂作为过冷段冷源。过冷剂循环的流程为：设定温度的过冷冷却剂从冷水机的水箱组出来，经过流量调节阀逆流进入过冷段，将过冷段内的 R290 过冷成为过冷液态，之后经过电磁流量计回到冷水机组的水箱。实验台所采用储液罐的角阀上连接了充灌头和系统压力表，通过角阀开关和充灌头的手阀开关，可以对充灌头进行二次密封，从而强化系统的气密性；系统压力表能够对系统整体压力进行观测。

实验系统,实物,热电偶

图 2.2 实验系统实物图验段结构段为紫铜套管换热器，结构如图 2.3 所示。实验段的内管通过管路连接，并在换热段的进出口位置留有压力传感器接口；密封，并分别在两侧留有冷却水进出通道，通道方向与制冷。在制冷剂的进出口用锡箔纸包有 T 型热电偶，能够对制冷行测量。通过压力传感器和热电偶所采集的数据，，能够计算度。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB64

【参考文献】