制冷劑氟乙烷(HFC-161)管內流動沸騰換熱特性研究.pdf

1、在緩解臭氧層破壞和溫室效應的背景下，制冷劑替代研究已成為領域內的熱點問題之一。新型制冷劑氟乙烷（HFC-161）環(huán)境性能優(yōu)異(ODP=0，GWP=12)，充注量小，通用性好，被視為R22和R502的潛在替代品。制冷劑管內換熱特性是衡量其綜合性能和替代潛力的重要指標。目前，國內外關于HFC-161管內換熱的研究尚未開展，缺乏相關研究數據和計算模型。開展此項研究將在填補相關空白的同時，為緊湊高效換熱設備的設計開發(fā)提供重要依據，對于實際制冷裝

2、置運行工況優(yōu)化，提高換熱效率和系統(tǒng)綜合效率，促進新型環(huán)保制冷劑的推廣進程，具有重要意義。
　　 本文從HFC-161在單根光滑管和微肋管內沸騰換熱的基礎性問題著手，以實驗為手段獲得了沸騰換熱系數和壓降數據，從理論上分析了工況對換熱與壓降的影響，對比了HFC-161與傳統(tǒng)工質R22的換熱與壓降性能，開發(fā)了適用于新型制冷劑HFC-161光滑管與微肋管內沸騰的預測關聯(lián)式，主要取得了以下幾方面的成果:
　　 1.搭建了用于研究制

3、冷劑管內沸騰換熱性能的實驗裝置，并通過R22測試實驗，驗證了裝置的可靠性。
　　 2.研究了HFC-161在9 mm內徑光滑管內的沸騰換熱特性。實驗獲得了飽和溫度5～10℃，熱流密度15～25 kW/m2，質量流速100～200 kg/(m2·s)范圍內的換熱系數與摩擦阻力，開發(fā)了HFC-161光滑管沸騰換熱預測模型。結果表明:1）HFC-161局部換熱系數隨制冷劑干度的增大而增大，并在干度為0.5～0.7時達到最大值，之后出現(xiàn)

4、干涸現(xiàn)象，換熱系數隨干度增長而下降;2)HFC-161換熱系數隨質量流速、熱流密度的增大而增大，隨飽和溫度的升高而降低;3）HFC-161摩擦壓降隨飽和溫度升高而降低，隨質量流速增大而顯著增大，隨熱流密度增大而略微增大;4）Gungor-Winterton關聯(lián)式、Mathur關聯(lián)式及Liu-Winterton關聯(lián)式對光滑管內HFC-161沸騰系數預測偏差小于其他關聯(lián)式;5）新關聯(lián)式對實驗數據的平均預測偏差為+3.4％，絕對平均偏差為6.

5、4％，最大偏差為-19.0％，88.6％的預測值以小于±18％的偏差與實驗數據相吻合。
　　 3.研究了HFC-161在7mm外徑微肋管內的沸騰換熱特性。實驗獲得了飽和溫度-5～8℃，熱流密度28.15～49.29 kW/m2，質量流速100～250kg/(m2·s)范圍內的沸騰換熱系數與壓降，開發(fā)了HFC-161微肋管沸騰換熱預測模型。結果表明:1）微肋管內HFC-161局部沸騰換熱系數隨干度呈先增后減趨勢?！案珊浴遍_始時所對

6、應的干度值與工況基本無關，在0.8左右;2）質量流速、熱流密度對HFC-161微肋管內換熱特性的影響與光滑管相似，但飽和溫度的影響沒有明顯規(guī)律;3）微肋管內HFC-161摩擦壓降隨工況的變化趨勢與光滑管內一致;4）Cavallini關聯(lián)式及Yun關聯(lián)式對微肋管內HFC-161沸騰系數預測偏差小于其他關聯(lián)式;5）新的關聯(lián)式對實驗數據的預測平均偏差為+1.6％，絕對平均偏差為5.6％，最大偏差為+48.6％，89.1％的預測值以小于±10％

7、的偏差與實驗數據相吻合。
　　 4.對比了HFC-161與R22光滑管與微肋管內的沸騰換熱特性，結果表明:1）在相同工況下，HFC-161光滑管內沸騰換熱系數顯著高于R22，尤其在干度＞0.4時，換熱系數相對增長達到25％～32％，同時在光滑管內，HFC-161摩擦壓降比R22降低20％左右;2）在7mm外徑微肋管內，HFC-161沸騰換熱系數相對于R22提高5％～40％，摩擦壓降減小約18％。相比R22，HFC-161具有更好