再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑沸騰狀態(tài)與傳熱性能研究.pdf

1、重力驅動下的再循環(huán)蒸發(fā)器主要是依賴于氣液分離器和蒸發(fā)器的入口高度差來實現(xiàn)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的再循環(huán)。定性的分析認為，再循環(huán)供液蒸發(fā)器能夠提高制冷劑的流速，改善水平蒸發(fā)管周向換熱的不均勻性，提高再循環(huán)蒸發(fā)器的平均換熱系數(shù)，從而使得再循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱性能得到提高。
　　實驗搭建了一套可實現(xiàn)再循環(huán)供液制冷系統(tǒng)與直接膨脹供液制冷系統(tǒng)切換的試驗臺。試驗中再循環(huán)供液蒸發(fā)器的供液高度為2350mm。實驗所使用的，用于進行可視化研究的蒸發(fā)器由16根

2、玻璃管蒸發(fā)器組成，分別在0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃的工況溫度下，對再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑的流動沸騰換熱狀態(tài)及再循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱性能進行了研究。
　　本文首先利用可視化的方法對再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑的流動沸騰換熱狀態(tài)進行了研究，并依據(jù)試驗獲得的流態(tài)圖對再循環(huán)蒸發(fā)器的換熱機理進行了分析。實驗結果表明：在再循環(huán)蒸發(fā)器中，制冷劑在玻璃蒸發(fā)管內(nèi)依次出現(xiàn)的流型有：單相液體制冷劑、氣泡流、塞狀流、分層流、波狀流和“氣彈流”。時而

3、在蒸發(fā)器的出口伴隨著“氣彈流”和波狀流相繼涌出蒸發(fā)器。當實驗的工況達到穩(wěn)定的時候，這些流型會出現(xiàn)周期性的變化，即形成的流型和制冷劑的流態(tài)為周期性的出現(xiàn)。其流型的比例大致可以按照流型所占的管段的長度來確定。再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑沸騰換熱的機理分為單相液體對流傳熱過程、飽和沸騰傳熱和強制對流蒸發(fā)。
　　其次對再循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱性能進行了實驗研究，研究的內(nèi)容主要有影響再循環(huán)蒸發(fā)器傳熱性能的蒸發(fā)器表面溫度、傳熱溫差、傳熱系數(shù)等隨著蒸發(fā)管管

4、段及工況溫度的變化。實驗的結果表明：在-20℃～-15℃的工況下，再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部的制冷劑的汽化量較少，在蒸發(fā)管內(nèi)基本充滿制冷劑液體，蒸發(fā)器的出口處的干度較小，在蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑與蒸發(fā)管壁之間的濕周較大，對再循環(huán)蒸發(fā)器的換熱面積利用率大。而對于-10℃～0℃的工況點，蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)量較大，蒸發(fā)器出口的氣液兩相流的制冷劑的干度較大，對蒸發(fā)器的換熱面積利用率小。在實驗中設定的工況點-20℃～0℃內(nèi)，再循環(huán)蒸發(fā)器存在傳熱系數(shù)相對較平緩的管

5、段，而在管段的“臨界點”處開始，傳熱系數(shù)開始出現(xiàn)不平穩(wěn)的提升。隨著工況溫度的升高，管段的傳熱系數(shù)不平穩(wěn)提升的“臨界點”有所提前。在整個實驗工況點內(nèi)，再循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)在24W/㎡.K～57W/㎡.K內(nèi)與工況點0℃～-10℃呈現(xiàn)出反比例曲線變化的趨勢。
　　最后，在了解再循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑的流態(tài)及傳熱機理的基礎上，本文建立了再循環(huán)蒸發(fā)器單相區(qū)和氣液兩相區(qū)的數(shù)學模型，并對該數(shù)學模型進行了理論計算。理論計算結果表明，根據(jù)再循環(huán)蒸發(fā)