螺旋管内流动沸腾传热特性及其预测模型研究

发布时间：2017-11-17 06:28

  本文关键词：螺旋管内流动沸腾传热特性及其预测模型研究

  更多相关文章： 流动沸腾传热 传热恶化 卧式螺旋管 R407c和R134a 预测模型

【摘要】：研究新型环保工质的流动沸腾换热特性对改造和开发新式换热设备具有重要的学术和工程应用价值。本文对原有两相流与传热实验系统进行升级改造的基础上,主要对纯工质R134a和混合工质R407c在卧式螺旋管内流动沸腾的传热特性及其预测模型进行系统性的研究,获得流动沸腾传热过程中的壁温变化特性,发展传热系数经验关联式,建立传热恶化发生时的判断准则,主要工作如下：对卧式螺旋管内R134a和R407c流动沸腾换热特性进行了实验研究,比较了两种工质流动沸腾传热的不同变化规律。研究结果表明：螺旋管内R134a流动沸腾过程中的平均壁温沿着管长呈现一定程度的脉动现象,而螺旋管内R407c的壁温沿着管长呈现明显的锯齿形变化,主要原因是随着管壁加热时间的增长沸腾换热的液膜厚度有所减小；摩阻损失使工作压力降低,致使蒸发温度也随之降低；螺旋管内流动工质受离心力和重力的共同作用,其合力方向不断变化致使平均壁温在不同截面存在差异。螺旋管内R407c周向不同截面壁温分布变化规律基本一致,而且随着质量流量的增加,同一截面的内外侧壁面温差逐渐减小；而螺旋管内R134a流动沸腾过程中同一周向截面内外侧壁面温差则相对更小。R134a流动沸腾传热系数沿管长总体变化是逐渐上升的,在上升过程中出现较小的波浪型脉动,R407c的流动传热系数沿管长呈现锯齿形结构,且总趋势稍有升高。螺旋管内R134a传热系数比R407c的传热系数高。为了综合考虑核态沸腾和对流换热的影响,通过引入Dn数来修正核态沸腾项,发展了适于螺旋管内流动沸腾传热系数关联式,其预测值与实验结果吻合较好,可以用于螺旋管流动沸腾传热特性的预测分析。为了表征螺旋管几何结构参数对流动沸腾传热过程临界热流的影响,本文将螺旋管的几何特征参数(螺旋管径、加热长度、螺旋径和螺旋节距)折合成一个当量因子πn,利用实验数据分析了该当量因子对CHF的影响,得到了CHF随当量因子的变化特性。为了探索换热设备因温升突变而被“烧毁”的危险现象,对卧式螺旋管内R134a流动沸腾传热恶化特性及预测准则进行了研究。实验结果表明：在高干度区域,低质量流量下内侧壁温首先突升,外侧壁温滞后突升,但二者起飞点间距相差较小,且都发生在干度约为0.73处；高质量流量下,内、外侧壁温几乎同时突升,飞升点发生在干度约为0.78附近。这是因为低质流量下存在气相夹带和离心力的共同作用,外侧点处液膜被迅速蒸干变薄而内侧点因二次流作用而得以保持一定厚度的液膜层,使得内侧点传热优于外侧点,而在高质量流量下内外侧液膜几乎同时被蒸干。进一步分析了临界热流密度与干度间的变化规律及热流密度对平均传热系数的影响,建立了螺旋管内流动沸腾传热恶化预测模型,其预测值与实验结果吻合较好。对超临界流体传热恶化发生时的经验关联式法和超临界查询表法两种主要判断方法进行了分析,利用已有实验数据对超临界流体传热恶化的经验关联式进行了检验,为超临界流体传热恶化经验关联式的发展应用提供了参考。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

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本文编号：1195136