论文部分内容阅读
有机朗肯循环（ORC）可以高效的利用广泛存在的中低温热源,现有关于R134a的水平流动沸腾研究多集中于制冷系统适用的低压力区间,缺少ORC运行工况较高蒸发压力换热的基础实验数据和换热规律探索。本文通过开展实验研究,辅以数值模拟,探究高压力区间内,R134a水平流动沸腾在正常工况下的换热特性和非正常工况下的壁温飞升特性。在验证了实验装置可靠性和数值模型的合理性后,研究从换热现象和换热关联式两个方面展开,前者的研究基于实验现象,分析了压力、流量、热流等工况参数的影响,后者的研究基于实验数据,改进现有关联式以对换热特性作出更准确的预测。本文正常工况下的换热特性实验压力区间为2.5-3.3 MPa(0.62-0.81（8）。实验现象显示,压力的升高使得上母线更早干涸且干涸区域沿管向两侧扩张,管内主要流态为周向带有部分干涸壁面的分层流。流态的改变从根本上影响了换热特性,干涸及其扩张现象使得换热系数随干度单调下降且变化趋势基本取决于干涸壁面温度的变化趋势。由于不同干度区域占主导的沸腾换热机制不同,热流和压力对换热系数的提升主要体现在核态沸腾机制占主导的低干度区,质量流率则可以在全干度区提升换热系数。为了更准确预测实验中高压力工况下的分层流换热系数,本文结合Gungor和Winterton关联式预测润湿壁面换热的优势和Wojtan关联式预测干涸壁面的优势,提出了改进关联式,它预测各种压力、流量和热流工况下换热的平均偏差达到12.5%,且对参数敏感性较低,可作为ORC蒸发器换热性能预测的有效参考。本文进行了非正常工况下的壁温飞升特性实验,压力区间为2.5-3.92MPa(0.62-0.97（8）。实验发现,分层流中的润湿壁面有效控制了干涸壁面温度上升的幅度和速率,避免了突然飞升,所以下母线的临界热流现象是触发水平管壁温飞升的原因。压力升高可以使临界热流机制从干涸型转变为偏离核态沸腾型,对避免壁温飞升不利。流量增大则可以增大临界热流值,并部分抵消压力升高的负面影响。在更加敏感的近临界区,本文在现有临界热流关联式基础上作出方向修正,预测实验数据的平均偏差达到7.3%,为ORC蒸发器设计和运行中热流设定提供了参考。