双侧强化管外HFO1234ze凝结换热特性及模型研究

发布时间：2020-11-07 08:07

　　 近几年,四氟丙烯HFO1234ze因其极大的环境保护优势(ODP为零,GWP1,大气寿命非常短暂,仅0.0029年)脱颖而出,因此本文针对新型制冷剂HFO1234ze进行研究,从实验与理论两个方面来探究其在水平管外的凝结换热特性。本文对HFO1234ze和R134a在双侧强化管相变换热实验台上进行了光管(Csmooth)、二维强化管(C43a、C44a)、三维强化管(C45a)外的凝结换热实验,并将二维强化管外的实验结果与常用二维肋管外膜状凝结换热模型的预测结果进行比较,最终得出以下主要的结论:(1)HFO1234ze在水平管外的表面传热系数随热流密度的增大而减小,这种变化规律与Nusselt理论解的预测结果一致,HFO1234ze在水平光管外的凝结换热实验值与Nusselt理论预测值的偏差在±10%以内。(2)对于HFO1234ze,无论是光管,二维强化管,还是三维强化管,在小热流密度时,40℃工况下的管外表面传热系数要比35℃工况下的大。但在大热流密度(光管q大于15kW/m~2,强化管q大于50kW/m~2)时,40℃工况下的管外表面传热系数和35℃工况下的基本相等。(3)对于纯工质HFO1234ze,在相同的热流密度下,其在三维强化管(C45a)外的表面传热系数高于二维强化管(C43a,C44a),二维强化管亦明显高于光管,且有肋密度大的二维强化管(C44a)高于肋密度小的二维强化管(C43a)。在相同的壁面温差7℃下,强化管C43a、C44a、C45a相对于光管的凝结换热强化倍率分别为8.04、8.57、9.53。(4)本文运用常用的二维强化管凝结换热模型(Beatty-Katz模型、Owen模型、Webb模型、Honda模型、Rose模型)对HFO1234ze和R134a在水平二维肋管外的凝结表面传热系数进行了预测,结果发现:HFO1234ze的理论预测值与实验值的偏差较大,为了更好地预测HFO1234ze在二维肋管外的凝结换热特性,本文提出了针对新型制冷剂HFO1234ze在水平二维肋管外的膜状凝结换热模型,并且该模型无论是对新型制冷剂HFO1234ze还是制冷剂R134a,其理论预测结果与实验值的偏差基本控制在±10%以内。
【学位单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124
【部分图文】：

TT T TTPT TP34 561071914 15T T21181213图 2.1 实验系统流程图2.冷凝器 3.铂电阻温度计 4.压力变送器 5.阀门 6.加热器 7.蒸发盘管却水泵 10.恒温冷水箱 11.加热器 12.板式换热器 13.电磁流量计 14.加恒温热水箱

（1）制冷工质循环系统：该循环系统主要由蒸发器、冷凝器、上升管和下降管组成。制冷工质在蒸发器中与热水进行相变换热蒸发，蒸发后的饱和蒸气沿着上升的管道最终到达位于上部的冷凝器中，在冷凝器中与冷水进行相变换热而凝结成制冷工质饱和液体，凝结后的饱和液体在重力的作用下再沿下降的管道回到位于下部的蒸发器中，如此这样就完成了一次制冷工质在蒸发器与冷凝器之间的相变换热的循环。另外，为了使蒸发器中夹带的液体汽化，系统在上升管外缠有电加热丝。对凝结换热管进行冷凝试验时，只对试验管通冷却水，冷凝器两侧装有观察窗（如下图 2.3），通过观察窗可以观察制冷工质的凝结换热过程以及冷凝液滴落的状况。系统内装有均流板，工质通过均流板后进入冷凝器，这样可以使蒸气在冷凝器中均布。冷凝器上部装有铂电阻温度计（如下图 2.4）用于测量冷凝器内部的蒸气温度。为了减小系统误差，容器和连接管道外均敷有隔热材料。

（1）制冷工质循环系统：该循环系统主要由蒸发器、冷凝器、上升管和下降管组成。制冷工质在蒸发器中与热水进行相变换热蒸发，蒸发后的饱和蒸气沿着上升的管道最终到达位于上部的冷凝器中，在冷凝器中与冷水进行相变换热而凝结成制冷工质饱和液体，凝结后的饱和液体在重力的作用下再沿下降的管道回到位于下部的蒸发器中，如此这样就完成了一次制冷工质在蒸发器与冷凝器之间的相变换热的循环。另外，为了使蒸发器中夹带的液体汽化，系统在上升管外缠有电加热丝。对凝结换热管进行冷凝试验时，只对试验管通冷却水，冷凝器两侧装有观察窗（如下图 2.3），通过观察窗可以观察制冷工质的凝结换热过程以及冷凝液滴落的状况。系统内装有均流板，工质通过均流板后进入冷凝器，这样可以使蒸气在冷凝器中均布。冷凝器上部装有铂电阻温度计（如下图 2.4）用于测量冷凝器内部的蒸气温度。为了减小系统误差，容器和连接管道外均敷有隔热材料。
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本文编号：2873678