螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特性及其預(yù)測(cè)模型研究.pdf

1、研究新型環(huán)保工質(zhì)的流動(dòng)沸騰換熱特性對(duì)改造和開發(fā)新式換熱設(shè)備具有重要的學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)原有兩相流與傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造的基礎(chǔ)上，主要對(duì)純工質(zhì)R134a和混合工質(zhì)R407c在臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的傳熱特性及其預(yù)測(cè)模型進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，獲得流動(dòng)沸騰傳熱過(guò)程中的壁溫變化特性，發(fā)展傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，建立傳熱惡化發(fā)生時(shí)的判斷準(zhǔn)則，主要工作如下:
　　對(duì)臥式螺旋管內(nèi)R134a和R407c流動(dòng)沸騰換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比較了兩種

2、工質(zhì)流動(dòng)沸騰傳熱的不同變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:螺旋管內(nèi)R134a流動(dòng)沸騰過(guò)程中的平均壁溫沿著管長(zhǎng)呈現(xiàn)一定程度的脈動(dòng)現(xiàn)象，而螺旋管內(nèi)R407c的壁溫沿著管長(zhǎng)呈現(xiàn)明顯的鋸齒形變化，主要原因是隨著管壁加熱時(shí)間的增長(zhǎng)沸騰換熱的液膜厚度有所減小;摩阻損失使工作壓力降低，致使蒸發(fā)溫度也隨之降低;螺旋管內(nèi)流動(dòng)工質(zhì)受離心力和重力的共同作用，其合力方向不斷變化致使平均壁溫在不同截面存在差異。螺旋管內(nèi)R407c周向不同截面壁溫分布變化規(guī)律基本一致，而且隨著

3、質(zhì)量流量的增加，同一截面的內(nèi)外側(cè)壁面溫差逐漸減小;而螺旋管內(nèi)R134a流動(dòng)沸騰過(guò)程中同一周向截面內(nèi)外側(cè)壁面溫差則相對(duì)更小。R134a流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)沿管長(zhǎng)總體變化是逐漸上升的，在上升過(guò)程中出現(xiàn)較小的波浪型脈動(dòng)，R407c的流動(dòng)傳熱系數(shù)沿管長(zhǎng)呈現(xiàn)鋸齒形結(jié)構(gòu)，且總趨勢(shì)稍有升高。螺旋管內(nèi)R134a傳熱系數(shù)比R407c的傳熱系數(shù)高。
　　為了綜合考慮核態(tài)沸騰和對(duì)流換熱的影響，通過(guò)引入Dn數(shù)來(lái)修正核態(tài)沸騰項(xiàng)，發(fā)展了適于螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱系

4、數(shù)關(guān)聯(lián)式，其預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，可以用于螺旋管流動(dòng)沸騰傳熱特性的預(yù)測(cè)分析。
　　為了表征螺旋管幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流動(dòng)沸騰傳熱過(guò)程臨界熱流的影響，本文將螺旋管的幾何特征參數(shù)（螺旋管徑、加熱長(zhǎng)度、螺旋徑和螺旋節(jié)距）折合成一個(gè)當(dāng)量因子πn，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了該當(dāng)量因子對(duì)CHF的影響，得到了CHF隨當(dāng)量因子的變化特性。
　　為了探索換熱設(shè)備因溫升突變而被“燒毀”的危險(xiǎn)現(xiàn)象，對(duì)臥式螺旋管內(nèi)R134a流動(dòng)沸騰傳熱惡化特性及預(yù)測(cè)準(zhǔn)則進(jìn)行

5、了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在高干度區(qū)域，低質(zhì)量流量下內(nèi)側(cè)壁溫首先突升，外側(cè)壁溫滯后突升，但二者起飛點(diǎn)間距相差較小，且都發(fā)生在干度約為0.73處;高質(zhì)量流量下，內(nèi)、外側(cè)壁溫幾乎同時(shí)突升，飛升點(diǎn)發(fā)生在干度約為0.78附近。這是因?yàn)榈唾|(zhì)流量下存在氣相夾帶和離心力的共同作用，外側(cè)點(diǎn)處液膜被迅速蒸干變薄而內(nèi)側(cè)點(diǎn)因二次流作用而得以保持一定厚度的液膜層，使得內(nèi)側(cè)點(diǎn)傳熱優(yōu)于外側(cè)點(diǎn)，而在高質(zhì)量流量下內(nèi)外側(cè)液膜幾乎同時(shí)被蒸干。進(jìn)一步分析了臨界熱流密度與干度間的