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在节能减排的大趋势下,强化蒸发器换热对制冷系统的优化有重要意义,实验设置玻璃管蒸发器可视化实验台,对比研究直接膨胀供液与重力供液两种不同供液方式的制冷系统,分析其系统性能、换热性能,蒸发器管内流体流型。实验装置改进了原有的玻璃管蒸发器的法兰连接处,从而解决了以往泄漏的问题,同时在相同工况下,研究不同过热度对直接膨胀供液系统的系统性能及换热性能的影响,并增加热流计测量沿管长方向热流量变化,实验结果更充分。两种供液方式制冷系统所处工况均为:-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃,其中直接膨胀系统每个工况取三种过热度分别为:0℃、5℃、10℃。利用热电偶测各测点温度、压力变送器测量压缩机吸排气压力、热流计测量沿管长方向热流量变化、可视化摄像仪拍摄玻璃管蒸发器管内流体流动状态、热平衡法测量系统制冷量。对重力供液制冷系统的传热系数进行模拟计算,其中空气侧选择横掠单管换热系数计算公式,制冷剂侧选择5种关联式分别为:Shah关联式、Kandikar关联式、Gungor和Winterton关联式、Lui和Winterton关联式、J.Chawla关联式。空气侧计算公式、管壁导热公式及制冷剂侧关联式组合得出总换热系数,通过实验与理论计算,对比直接膨胀供液制冷系统与重力供液制冷系统,得出以下结论:(1)重力供液制冷系统的吸排气温度大于直接膨胀供液制冷系统,吸气温度平均提高71.61%,排气温度平均提高率为25.30%,重力供液制冷系统的压缩机运行性能低于直接膨胀制冷系统,但重力供液制冷系统参数变化较平稳。相比而言,重力供液制冷系统蒸发温度较高,传热温差较小,-25℃至0℃库温下重力供液蒸发温度分别高0.71℃、1.73℃、1.36℃、1.14℃、0.88℃、0.27℃,库温越低二者差值越大。重力供液制冷系统在-25℃至0℃其制冷量分别高:12.69%、15.35%、8.11%、4.87%、0.77%、-0.91%,在低温工况重力供液制冷系统更具有优势,随库温升高,重力供液逐渐接近直接膨胀供液制冷系统。(2)直接膨胀制冷系统沿玻璃管蒸发器管长方向温度不断增高,制冷剂在管子前半段中温度变化平缓,后半段中温度升高较快,传热温差沿管长方向减小,直接膨胀制冷系统热流量沿管长方向逐渐降低,低温工况热流量变化相对平稳,在制冷剂完全蒸发前热流量大,直接膨胀制冷系统沿管长方向换热系数降低。系统整体随工况温度升高平均传热系数升高,过热度升高平均换热系数降低。(3)重力供液制冷系统温度沿玻璃管蒸发器管长方向升高,-25℃至0℃库温变化率分别为:1.78%、4.68%、8.75%、17.86%、28.76%、51.19%,低温工况温度变化率小。传热温差随工况温度升高而提高,低温工况传热温差变化率小,热流量随工况温度降低而减小,热流量沿管长方向整体趋势降低,-25℃至0℃库温热流量沿管长方向变化率分别为:29.22%、46.80%、49.96%、63.88%、68.34%、72.83%,低温工况下降率小,重力供液制冷系统沿管长方向传热系数总体趋势降低,-25℃至0℃换热系数变化率分别为:15.62%、27.03%、28.75%、38.25%、44.62%、47.44%,工况温度低热流量和传热系数变化平稳,波动越小。重力供液制冷系统平均传热系数先减小再升高,0℃至-10℃库温变化率为29.42%,-10℃至-25℃库温平变化率为89.75%,低温工况平均传热系数变化率大于高温工况。(4)对比直接膨胀供液制冷系统与重力供液制冷系统,重力供液制冷系统沿管长方向温度变化更平稳,但在-10℃至0℃工况逐渐接近直接膨胀供液制冷系统。-25℃至-10℃工况重力供液制冷系统热流量大于直接膨胀供液制冷系统,-5℃及0℃工况两种供液方式热流量接近,两种供液方式沿管长方向换热系数减小,但重力供液制冷系统的减小幅度小,-25℃至0℃工况下重力供液制冷系统换热系数变化率分别减小:61.89%、42.67%、42.97%、29.79%、23.25%、11.54%,直接膨胀供液系统平均传热系数随工况温度降低而减小,重力供液制冷系统平均传热系数随工况温度降低先减小再增大,低温工况下重力供液制冷系统的换热系数大于其高温工况的换热系数,充分说明重力供液制冷系统在低温工况下更具优势。(5)直接膨胀供液制冷系统制冷剂在管内的流型主要为:分层流、剧烈波状流、平稳波状流、不规则环状流,直接膨胀供液制冷系统中发现奇数排管子流动相对平稳,偶数排管子流动相对剧烈;重力供液制冷系统其制冷剂在管内的流型主要为:泡状流、气塞流、气弹流、分层流、波状流。重力供液制冷系高温工况下其流型出现的节点会提前,波状流也会较早出现且管长较长。两种供液方式各个工况下其各自流型变化大致相同,不同之处为各工况下各流型存在的管长长度不同。两种供液方式管内流型不同因为二者进入蒸发器的制冷剂流量不同,液相含量不同,相比之下,重力供液制冷系统进入蒸发器的制冷剂流量较大,液相含量较多,故会出现由泡状流变为气塞状流、气弹状流、分层流及波状流这完整的变化过程。(6)通过5种制冷剂侧换热系数关联式Shah关联式、Kandikar关联式、Gungor和Winterton关联式、Lui和Winterton关联式、J.Chawla关联式,和空气侧横掠单管对流换热系数关系式及管壁导热系数关系式计算蒸发器换热系数,平均误差分别为:23.21%、33.33%、29.20%、24.43%、19.28%,J.Chawla关联式平均误差最小,Shah关联式次之,Kandikar关联式平均误差最大,高温工况下Shah关联式误差最小,-15℃至0℃工况下误差分别为:5.65%、4.49%、19.02%,均小于20%。低温工况下J.Chawla关联式与实验值最接近,-25℃至-15℃工况下误差分别为:14.67%、6.59%、9.22%,均小于15%。推侧,在工况大于等于-10℃时采用Shan关联式,小于-10℃工况时采用J.Chawla关联式,两种关联式结合,其误差为9.94%,小于10%。