【摘 要】
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管内冷凝以其更高的效率被广泛的应用于多种换热场景当中,冷凝传热系数的测定对系统和设备的设计、开发和评估有重要意义。冷凝传热系数受多种参数的影响,如质量流速、蒸汽干度、管径、饱和温度、制冷剂特性、热流密度等,因此其影响因素的复杂性导致国内外针对强化管内冷凝换热的研究也一直是传热领域的热点问题之一。本文进行了以制冷剂R410A为工质,在包含光滑管在内的三根水平换热管内对流冷凝换热特性的实验研究。主要研
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管内冷凝以其更高的效率被广泛的应用于多种换热场景当中,冷凝传热系数的测定对系统和设备的设计、开发和评估有重要意义。冷凝传热系数受多种参数的影响,如质量流速、蒸汽干度、管径、饱和温度、制冷剂特性、热流密度等,因此其影响因素的复杂性导致国内外针对强化管内冷凝换热的研究也一直是传热领域的热点问题之一。本文进行了以制冷剂R410A为工质,在包含光滑管在内的三根水平换热管内对流冷凝换热特性的实验研究。主要研究了R410A在不同类型强化管内的局部冷凝流型、换热系数和摩擦阻力损失随各种参数的变化,并对两种强化管进行了性能评估对比。同时根据可视化实验结果,确定了不同工况下冷凝的局部出口流型,并与已有的冷凝流型图进行了对比分析。除此之外,还基于实验数据进行了换热系数预测经验关联式的对比及修正拟合。实验结果表明,制冷剂的管内冷凝换热系数和摩擦压降随着干度的降低而降低,随质量流速的增大而增大。Cu-HX管和Cu-1EHT管的平均换热系数分别平均比光滑管高出了106%和88%;Cu-HX管与Cu-1EHT管的平均摩擦压降分别比光滑管高出了41%和104%。涟漪纹管(Cu-1EHT)的强化机理主要是凸起和花瓣纹的次级结构会破坏壁面边界层,增大管内湍流度,引起流体分离和二次流;而内螺纹管(Cu-HX)的强化机理除了上述几点外,还能起到重新分配冷凝液膜来减小管内冷凝传热的阻力的作用。在实验工况下测试管内共计出现了分层波状流(SW)、间歇流(I)、半环形流(SA)以及环形流(A)四种冷凝出口流型。与光滑管相比,Cu-1EHT管和Cu-HX管的冷凝流型转变皆出现了提前,环形流区域扩大。将实验结果与Hajal等人和Cavallini等人的流型图模型进行了对比,基于实际流型对理论流型图重新进行了划分。此外,对文献中常见的换热系数经验关联式与冷凝换热实验结果进行了对比,Tang等人和Cavallini等人的预测模型与光滑管的实验结果对比误差在±15%以内。基于58个不同试验工况和几何参数的涟漪纹管实验数据点,提出适用于涟漪纹管的冷凝换热系数预测模型,新拟合后的换热关联式的预测结果在±8%的误差范围内,显示了与实验数据良好的一致性。
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