R134a臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰阻力及傳熱特性研究.pdf

1、螺旋管是一種較為特殊的管道。其結(jié)構(gòu)緊湊，有利于一體化布置；臥式放置時(shí)重心較低，適用于對(duì)空間要求苛刻的場(chǎng)合，如軍艦、潛艇、空間站等；換熱效率高，由于流體在螺旋通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)受離心力作用在橫截面上形成二次流，二次流與主流的疊加運(yùn)動(dòng)形式起到了強(qiáng)化換熱的作用，其換熱性能優(yōu)于直管。 目前對(duì)于螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的研究大多是針對(duì)蒸汽—水的臨界熱流密度，于涸后傳熱等問(wèn)題，關(guān)于制冷劑R134a在臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰阻力與傳熱特性的研究不多。當(dāng)螺旋管臥

2、式放置時(shí)，由于離心力和重力的夾角不斷變化，臥式螺旋管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)較直管中更為復(fù)雜。而現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和模型的誤差較大，適應(yīng)的參數(shù)范圍也比較窄。因此，對(duì)臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰阻力及傳熱特性進(jìn)行深入研究具有非常重要的意義。 本文搭建了兩相流實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以綠色環(huán)保制冷劑R134a為工質(zhì)，在質(zhì)量流量G=150～550kg/㎡·s，熱流密度q=2．0～20kw/㎡，干度x=0．1～0．85的參數(shù)范圍內(nèi)，對(duì)臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰阻力與傳熱特性進(jìn)行了

3、研究，并對(duì)臥式螺旋管的強(qiáng)化換熱機(jī)理進(jìn)行了分析。主要工作如下： （1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建是本文工作的基礎(chǔ)。首先對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)備選型和購(gòu)置過(guò)程中，對(duì)各種所需設(shè)備進(jìn)行了廣泛的調(diào)研。委托加工了實(shí)驗(yàn)段、預(yù)熱段、鎧裝熱電偶、穩(wěn)壓罐、透明螺旋管實(shí)驗(yàn)段以及各種非標(biāo)準(zhǔn)管接頭等。自行加工了測(cè)量管壁溫度的銅——康銅熱電偶，并通過(guò)高精度恒溫水浴對(duì)每一只自制熱電偶進(jìn)行了校驗(yàn)。利用自粘式絕緣膠帶將熱電偶緊緊地纏裹在管壁上，并對(duì)安裝后熱電偶的測(cè)溫

4、準(zhǔn)確性重新進(jìn)行了檢驗(yàn)，測(cè)溫精度滿足要求。系統(tǒng)組建完成后，對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的氣密性、耐壓及抽真空試驗(yàn)，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。 （2）利用特制的耐壓透明尼龍螺旋管管圈實(shí)現(xiàn)了對(duì)管內(nèi)流動(dòng)沸騰流型的觀察與拍攝。觀察到的流型主要有泡狀流、彈狀流（塞狀流）、分層流、波狀流以及環(huán)狀流，并對(duì)各種流型的形成及變化作了相應(yīng)的分析。 （3）對(duì)臥式螺旋管沿管長(zhǎng)方向和圓周截面方向管外壁面溫度的分布和換熱系數(shù)進(jìn)行研究，給出了臥式螺旋管沿管長(zhǎng)方向和圓周截面方向

5、管外壁面溫度規(guī)律以及局部換熱系數(shù)的變化趨勢(shì)。分析了質(zhì)量流量和熱流密度的變化對(duì)臥式螺旋管內(nèi)局部沸騰換熱系數(shù)的影響，將結(jié)果與水平直管內(nèi)局部沸騰換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了比較。 （4）對(duì)臥式螺旋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的阻力特性進(jìn)行了研究，獲得流動(dòng)壓降隨質(zhì)量流量和壓力的變化規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與水平直管內(nèi)壓降實(shí)驗(yàn)值及經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了比較，利用Martinelli參數(shù)關(guān)聯(lián)法，發(fā)展了流動(dòng)沸騰摩擦阻力計(jì)算關(guān)聯(lián)式。 （5）對(duì)五種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的