軸向變熱流密度管外強(qiáng)化沸騰實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）是中低溫資源有效利用的主要途徑之一。在ORC系統(tǒng)之中，蒸發(fā)器部件的傳熱效率直接影響ORC系統(tǒng)整體的熱效率，而ORC蒸發(fā)器內(nèi)主要以管外沸騰傳熱為主。本文從這一點(diǎn)出發(fā)，分別做了兩類實(shí)驗(yàn)即單管管外沸騰實(shí)驗(yàn)以及管殼式換熱器實(shí)驗(yàn)。在單管實(shí)驗(yàn)中，選用了4種管型，分別為光管、波紋管、燒結(jié)管（HIGH-FLUX）和Turbo-EHP型多孔管，以及選用了兩種實(shí)驗(yàn)工質(zhì)，分別為 R245fa和 R601a，通過(guò)單管實(shí)驗(yàn)，得到了每種工質(zhì)在

2、各種管型管外沸騰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及其管外局部換熱系數(shù)、管外平均換熱系數(shù)和壓降。通過(guò)單管實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析后，在管殼式換熱器實(shí)驗(yàn)中，選用了Turbo-EHP型多孔管作為實(shí)驗(yàn)管，采用了叉排的結(jié)構(gòu)布置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到管外沸騰的局部換熱系數(shù)以及 LMTD對(duì)數(shù)平均換熱系數(shù)，得到如下結(jié)論：在單管實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，汽化核心最多的為HIGH-FLUX燒結(jié)管，其次為Turbo-EHP多孔管，之后為波紋管，最差的為光管。在波紋管實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)氣泡多數(shù)集中在波谷

3、的前半部分，從側(cè)面論證了 Turbo-EHP型多孔管的優(yōu)勢(shì)。從 LHTC數(shù)值比較來(lái)看，四種管型的LHTC均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象保持一致。從AHTC數(shù)值比較來(lái)看，四種管型的 AHTC多數(shù)呈現(xiàn)了先線性增大后緩慢減小的趨勢(shì)。特別地，多數(shù)R601a實(shí)驗(yàn)的 AHTC值大于 R245fa實(shí)驗(yàn)值。從對(duì)比光管的 AHTC實(shí)驗(yàn)數(shù)值來(lái)看，Turbo-EHP型管為其4.82~7.75倍，波紋管為其1.1~1.2倍。從壓降來(lái)看，所有實(shí)驗(yàn)的壓降均隨著熱源

4、溫度的增大而線性增大。四種管型的R245fa實(shí)驗(yàn)的壓降均大于R601a實(shí)驗(yàn)。其次對(duì)比四種管型可以發(fā)現(xiàn)ΔPTurbo-EHP>ΔP波紋管>ΔP燒結(jié)管>ΔP光管。通過(guò)單管實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和換熱系數(shù)，大致可以將換熱器內(nèi)部從下至上方向劃分為三個(gè)區(qū)域，即液相區(qū)、氣液區(qū)以及氣相區(qū)，過(guò)冷液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入第一個(gè)區(qū)域，熱流密度較低，適宜采用HIGH-FLUX燒結(jié)管；其次飽和液進(jìn)入氣液區(qū)，此時(shí)熱流密度較高，適宜Turbo-EHP型管，加快核態(tài)沸騰；而在氣相區(qū)，工

5、質(zhì)多為氣態(tài)，從強(qiáng)化換熱的角度來(lái)看，宜加大換熱面積，從而提高換熱效率，宜采用高翅片管增加換熱面積。管殼式換熱器選用 Turbo-EHP管作為實(shí)驗(yàn)用管，并采用 R245fa作為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)。從上下管的LHTC來(lái)看，熱源溫度為50~60℃之間時(shí)，沿管長(zhǎng)方向，LHTC先減后增的趨勢(shì)，上下兩管的換熱系數(shù)十分接近；在熱源溫度為60~100℃時(shí)，沿管長(zhǎng)方向，LHTC值先增后減，由于熱源溫度的升高從整個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，局部換熱系數(shù)為3027.96~8936.