含油制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降特性的研究.pdf

1、采用小管徑換熱管或C型彎曲換熱管是降低蒸發(fā)器成本和改善能效的重要手段之一。目前外徑為5mm或7mm的換熱管正在被廣泛地應(yīng)用于空調(diào)蒸發(fā)器，且有采用更小管徑換熱管的趨勢。潤滑油的混入增加了制冷劑在這類換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱的復(fù)雜性。如何計(jì)算含油制冷劑在相對小管徑換熱管和C型彎曲換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱系數(shù)和壓力損失，定量評價(jià)潤滑油的混入對蒸發(fā)器性能的影響，對促進(jìn)小管徑換熱管在緊湊式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中的工程應(yīng)用具有重要價(jià)值。 本文從含油制冷劑

2、在單根換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱特性和壓力損失特性等基礎(chǔ)性問題的研究入手，以含油制冷劑混合物性計(jì)算模型為切入點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)為手段，以開發(fā)工程應(yīng)用換熱及壓降模型為目的，在無油制冷劑翅片管蒸發(fā)器分布參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，增加了潤滑油對蒸發(fā)器性能影響的分析功能。為預(yù)測潤滑油對蒸發(fā)器換熱系數(shù)、壓力損失以及蒸發(fā)器性能等的影響奠定了一定基礎(chǔ)。 取得了以下幾方面的成果： 1．基于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開發(fā)了制冷劑．潤滑油混合物物性計(jì)算模型。該混合物性計(jì)算模

3、型為分析潤滑油的混入對制冷系統(tǒng)和部件性能的影響奠定了基礎(chǔ)。 2．設(shè)計(jì)并搭建了含油制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱及壓降特性測試實(shí)驗(yàn)臺。該測試裝置可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)準(zhǔn)確注油，克服了現(xiàn)有注油方式的缺點(diǎn)，為在全工況大范圍內(nèi)考察潤滑油的混入對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降的影響提供了重要手段。 3．對含油制冷劑在相對小管徑水平直光管和C型彎曲光管內(nèi)的流動型態(tài)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。水平直光管的主流流型以波狀流、波狀-環(huán)狀流、環(huán)狀流及彌散環(huán)狀流的形式出現(xiàn)

4、。研究發(fā)現(xiàn)潤滑油的混入一方面會使波狀流到環(huán)狀流的過渡向干度減小的方向滑移；另一方面使環(huán)狀流到彌散環(huán)狀流的過渡向干度增大的方向滑移。水平C型彎曲光管內(nèi)的主流型態(tài)與水平直光管沒有明顯區(qū)別，但流型之間過渡干度值略有不同，前者由于受離心力的作用，出現(xiàn)環(huán)狀流形成延遲以及彌散環(huán)狀流提前的現(xiàn)象。 4．對含油制冷劑在相對小管徑水平直光管和C型彎曲光管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降特性進(jìn)行了研究。潤滑油的混入對制冷劑在相對小管徑換熱管內(nèi)的流動沸騰換熱和壓降

5、特性的影響遠(yuǎn)較大管徑換熱管敏感。隨著換熱管徑的減小，油的換熱增強(qiáng)效果減弱甚至消失。通過壓降和換熱系數(shù)的無量綱參數(shù)的定義，發(fā)現(xiàn)基于混合物性的全液相壓降乘子以及兩相換熱增強(qiáng)因子與局部油濃度具有良好的線性相關(guān)度，且不同干度和質(zhì)量流量下變化斜率一致。 5．根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論，提出的基于混合物性的適用于相對小管徑水平直/彎管的壓降和換熱模型，能反映潤滑油在制冷劑中的真實(shí)存在狀態(tài)及對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱和壓降的影響規(guī)律，物理意義明確，壓降模

6、型95％以上的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差保持在±15％以內(nèi)；而換熱模型預(yù)測值與90％以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差在±20％以內(nèi)。 6．潤滑油對蒸發(fā)器性能影響可歸結(jié)為潤滑油的混入對換熱系數(shù)、壓降、管內(nèi)外換熱溫差以及蒸發(fā)器出口處潤滑油中制冷劑殘留量的影響。局部換熱系數(shù)和局部壓力的沿程分布表明，潤滑油對換熱系數(shù)和壓降的影響仍然是影響蒸發(fā)器整體性能的決定因素。當(dāng)潤滑油循環(huán)量為3％時(shí)，蒸發(fā)器制冷量的衰減約為5％左右，在出口過熱度較小時(shí)，潤滑油中制冷劑