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本文我們將搭建氨制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱及壓降測試實(shí)驗(yàn)裝置，對氨制冷劑在小管徑水平光管內(nèi)的流動沸騰換熱及壓降進(jìn)行測試，分析干度、質(zhì)量流速及熱流密度對傳熱及壓降特性的影響。

氨(Ｒ717) 是一種天然制冷劑，它應(yīng)用于大型工業(yè)制冷系統(tǒng)中已經(jīng)超過一個世紀(jì)。氨具有的熱物理性質(zhì)和環(huán)境友好性，因此在小型制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用也引起了廣泛關(guān)注。

但由于氨制冷劑存在一定的可燃性和毒性，減小其在制冷系統(tǒng)中的充注量極為重要。小管徑換熱管通?？梢蕴峁└叩谋砻?zhèn)鳠嵯禂?shù)，因此它的應(yīng)用可以提升換熱器的緊湊性，同時(shí)減少系統(tǒng)中制冷劑的充注量。

1 、實(shí)驗(yàn)裝置

圖 1 所示為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)共包括 4 個循環(huán):

制冷劑主循環(huán)

過冷器和冷凝器的冷卻循環(huán)

預(yù)熱器的加熱循環(huán)

控制加熱器的加熱循環(huán)

（備注：具體實(shí)驗(yàn)步驟及設(shè)計(jì)在這里不做過多闡述，如有需要可在文后留言，留下您的，小編私下發(fā)您全文）

2、數(shù)據(jù)處理

2. 1 干度計(jì)算

預(yù)熱器中的加熱量計(jì)算：

2. 2 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算

局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):

2. 3 摩擦壓降計(jì)算

2. 4 不確定度分析

由于測量儀器的限制、實(shí)驗(yàn)條件的影響、測量方法的問題，實(shí)驗(yàn)中不可避免會產(chǎn)生誤差。不確定度是 指由于測量誤差的存在，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能肯定的程度。本文根據(jù) Ｒ.J. Moffat的誤差傳遞分析方法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不確定度進(jìn)行分析。測量參數(shù)不確定度如表 2 所示，計(jì)算可得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的不確定度為 ± 8.3% 。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3. 1 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

圖 3 所示為在 4 mm 管內(nèi)飽和溫度為 － 5 ℃工況下，流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在不同質(zhì)量流速和熱流密度下隨干度的變化。

由圖 3 可知，流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨著干度的增加而增加。且質(zhì)量流速越大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，這是由于對流蒸發(fā)換熱增大導(dǎo)致。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)從質(zhì)量流速為50 kg /( m2 ·s) 到 80 kg /( m2 ·s) 的增長幅度遠(yuǎn)大于從 80 kg /( m2 ·s) 到 100 kg /( m2 ·s) 的增長幅度。

該特性可以通過不同質(zhì)量流速下流型的轉(zhuǎn)變解釋。質(zhì)量流速為 50 kg /( m2 ·s) 時(shí)，流型在全干度范圍內(nèi)主要為分層波狀流。當(dāng)質(zhì)量流速增至80 kg /( m2 ·s) 和100 kg /( m2 ·s) 后，流型將在一定干度下從分層波狀流轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流，且質(zhì)量流速越大， 轉(zhuǎn)變時(shí)的干度越小。

隨著干度的增加，對流蒸發(fā)增強(qiáng)，而核態(tài)沸騰被抑制。且質(zhì)量流量越大，核態(tài)沸騰抑制發(fā)生的越早，導(dǎo)致不同質(zhì)量流速下的流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在高干度區(qū)域相接近。

對比圖 3( a) 和 3( b) 可知，熱流密度增大可以增大流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，同時(shí)可以減弱對核態(tài)沸騰的抑制。這是因?yàn)楦邿崃髅芏瓤梢约せ罡嗟某珊它c(diǎn)，加速氣泡的產(chǎn)生和從壁面的脫離，強(qiáng)化了核態(tài)沸騰換熱。

此外，根據(jù) K.E.Gungor 等的預(yù)測模型可知，熱流密度越大，沸騰數(shù) Bo = q /( GHlv ) 越大，而沸騰數(shù)的增大使對流蒸發(fā)換熱的強(qiáng)化因子變大，進(jìn)而強(qiáng)化對流蒸發(fā)換熱。熱流密度對流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響是這兩者共同作用的結(jié)果。

3. 2 摩擦壓降

圖 4 所示為在 4 mm 管內(nèi)飽和溫度為 － 5. 5 ℃ 時(shí)，兩相摩擦壓力梯度在不同質(zhì)量流速下隨干度的化。由圖 4 可知，對于不同質(zhì)量流速，兩相摩擦壓降均隨干度的增加而增大，這是由于隨著干度的增加， 管內(nèi)的流速增大造成的。但兩相摩擦壓降增大的速率在低干度區(qū)域要高于高干度區(qū)域。此外，在固定干度下兩相摩擦壓降呈現(xiàn)出隨質(zhì)量流速增大而增大的趨勢。這是由于質(zhì)量流速增大會引起氣相和液相的 速度顯著增大導(dǎo)致。

4、結(jié)論

本文得到以下結(jié)論:

1) 流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨著干度的增加而增大。且質(zhì)量流速越大，流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，但當(dāng)流型轉(zhuǎn)換到環(huán)狀流后，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的增大趨勢減緩。增大熱流密度可使流動沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大，同時(shí)可以減弱對核態(tài)沸騰的抑制。

2) 隨著干度的增大，兩相摩擦壓降增大，但在高干度區(qū)域兩相摩擦壓降增大的速率減緩。干度相同時(shí)，兩相摩擦壓降隨質(zhì)量流速的增大而增大，這是由于質(zhì)量流速增大會引起氣相和液相的速度顯著增大導(dǎo)致。

翅片成型機(jī)，翅片沖床，脹管機(jī)

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