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[学位]

强化制冷工质相变换热以及管壳式水冷冷凝器的实验和应用研究

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Author:

冀文涛 (冀文涛.)

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学位论文库

Abstract:

相变换热是制冷空调中重要的换热方式,本文以中央空调水冷机组蒸发器和冷凝器强化相变换热为应用背景,研究了制冷工质R134a在不同换热管型外的池沸腾、凝结和降膜蒸发换热,分析了影响强化制冷工质相变换热的主要因素。同时对内螺纹管管内湍流强制对流传热预测公式进行了实验和理论研究。中央空调机组中管壳式冷凝器是最重要的换热设备之一,本文对三个不同冷水机组的冷凝器进行了重新设计和测试。取得的主要成果包括:(1)获得了PVE润滑油不同质量分数0.25%,0.5%,1%,2%,3%,5%,7%和10%对R134a在不同的强化表面的池沸腾换热系数的影响;提出了表征润滑油质量百分数影响的相对沸腾换热系数的方法,获得了无量纲一般规律,便于工程应用参考。(2)研究了不同参数多孔材料低沸点工质的池沸腾换热,得出了较为优良的几何参数,发现在较小热流密度(小于30kW/m2)时,多孔材料——开孔铜金属泡沫的池沸腾换热性能表现较优,随着热流密度的增加,金属泡沫池沸腾换热传热系数逐渐接近光管。(3)查明了Cooper公式在热流密度10~100kW/m2的范围内预测精度最高,当热流密度大于200kW/m2,该公式的预测偏差逐渐变大,意味着该式不适合于气块区。随着热流密度的增大,不同的强化管池沸腾传热相比于光管的强化倍率都逐渐减小,甚至出现比光管传热系数小的情况。(4)设计了高翅片密度的低肋管,在相同的管内水速下其总体传热系数比现阶段国内生产的传热性能最好的两种三维传热管的高6%;实验发现高外翅密度低肋管的传热系数受凝液的负面影响较小,凝液冲击还可强化低肋管的传热,研究的所有三维管都表现出了负面的管排效应,因此建议在管壳式水冷冷凝器较低管排位置采用低肋管。(5)对一个离心式水冷机组和两个螺杆式水冷机组管壳式冷凝器进行了改进设计,通过改变冷凝器的结构和管排布置方式和用高效换热的低肋管替换了三维传热管,分别使三个冷凝器传热管的数目减少了15%,10%和15%,显著节约了水冷冷凝器的投资成本,离心机机组每台冷凝器可节约三万多元。(6)研究了钛,B10,B30和不锈钢四种低导热系数材料传热管的凝结换热,发现不同程度强化的低导热系数传热管的传热系数均在10kW/m2•K到20kW/m2•K的区间内,相同强化结构不同材料传热管的传热系数相差较大,但拟合公式h=αqn的指数n基本相同。(7)根据文献试验结果和比拟理论,分析推导出了计算内螺纹强化管管内强制对流传热系数的计算公式,并通过16根传热管单相对流换热的实验和预测公式进行了对比,加上文献中的实验结果,总共440个实验数据,72%的偏差在±10%之内,93%的偏差在±20%之内,99%的偏差在±40%之内。(8)设计搭建了国内首台适用于高中温制冷工质水平管束外降膜蒸发换热的实验台,实验测试结果和精度较高的Nusselt理论解进行比较,偏差均在±10%之内,冷热流体之间传热的热平衡偏差小于3%。(9)研究了不同传热管管型的降膜蒸发传热性能,对于光管或两种强化管,降膜蒸发的传热系数均比池沸腾传热管的传热系数高,两根强化管的传热系数比本论文研究的最好的池沸腾传热管的传热系数还高60%以上。

Keyword:

池沸腾 多孔介质 降膜蒸发 冷凝器 凝结 制冷工质

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 陶文铨

Year: 2012

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 9

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