新工质 R134a 在水平强化管外的池沸腾换热

第32卷　第3期　1998年3月

西　安　交　通　大　学　学　报

JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITY

　Vo1.32　№3

Mar.1998

新工质R134a在水平强化管外的池沸腾换热3

李芳明　李沛文　李　妩　陶文铨

(西安交通大学,710049,西安)

摘要　对新型替代工质R134a在水平强化管外的核态池沸腾换热进行了实验研究.查明了热流密度、蒸发压力和沸腾换热系数的关系,拟合了适合于本强化管的沸腾换热系数计算式.并对R22和R134a在强化管外池沸腾换热的特性进行了对比.

关键词　替代工质　沸腾换热　换热强化

中国图书资料分类法分类号　T K124

Pool Boiling of R134a outside a

H orizontal Enhanced Tube

L i Fangmi ng　L i Peiwen　L i W u　Tao Wenquan

(Xi′an Jiaotong University,710049,Xi′an)

Abstract　Pool boiling outside a horizontal enhanced tube with the new refrigerant R134a was experimentally investigated.The correlation among the heat transfer coefficient,heat flux and saturation pressure was obtained by using the multi2variables linear least2square method.The enhancement cha2racteristics of heat transfer coefficient of the enhanced tube against smooth tube were also analyzed.The results showed that for the enhanced tube studied the boiling heat transfer coefficients of R134a is lower than that of R22.

K eyw ords　substit ute ref rigerant　boili ng heat t ransf er　heat t ransf er enhancement

由于氟里昂类物质对地球大气臭氧层的破坏,新型替代工质在制冷、空调及热泵系统中的应用已成为世界范围为保护人类生存环境的必然趋势.大量的研究已经明确,R134a是R12的最可能替代物之一[1].另外,R134a也是用混合物替代R22的最可能组分之一[2].在对R134a热力学特性的研究业已成熟的情况下,对其在水平管外的蒸发换热特性及其强化研究是当前重要的研究课题.本文针对R134a在水平强化管外旺盛核态池沸腾的换热特性进行实验研究,同时与R22的换热特性进行对比. 1　实验系统和实验过程

试验是在水平管外沸腾与凝结换热试验台上进行的.试验台由冷却水系统和制冷剂蒸发Ο冷凝循环系统组成,详见文献[3].实验所采用的强化管是选用外径为18mm、壁厚分别为1mm和2mm的光管加工成形的,蒸发表面微结构的凸缘高度均为0.2

收到日期:1996Ο10Ο07.　李芳明:男,1966年11月生,能源与动力工程学院热工教研室,硕士生.　3国家计委“八五”科技攻关项目(85Ο519Ο20Ο01)和动力工程多相流国家重点实验室资助课题.

～0.25mm ,如图1所示.强化管实验段的有效长度为200mm ,水平放置在蒸发器内,并采用电加热的方式.在测量蒸发管的表面温度时,为避免破坏表面结构,测温热电偶埋设在管的内侧,试验元件的横截面结构如图1b 所示

.

(a )表面微结构 (b )横截面结构

1:试验管;　2:热电偶埋设管;　3:管状加热器;

4:浇铸焊锡层;　5:热电偶安装槽

图1　试验元件结构图

在向试验系统充入制冷剂前,首先对系统进行

气密性试验和排除系统内的不凝性气体,使系统充入制冷剂后用系统压力推算得出的工质饱和温度与热电偶测得的饱和温度相差在±0.3℃以内.系统充入工质后经过12h 才可进行试验,这时工质已将试验元件表面充分润湿.为了避开沸腾换热的热滞后现象[4],按电加热功率由大到小的顺序选取实验工况.

为了确保工况的稳定性和可靠性,实验测试的每个工况均满足蒸气凝结释热与电加热功率的热平衡偏差不超过±5%.蒸发表面的温度t w 是从试件内热电偶测得的温度出发,根据加热功率用一维稳态导热方程外推得出.以蒸发器内饱和压力的推算

值和热电偶实测值的平均值作为蒸发液体的饱和温度t sat .加热表面的热流密度是以强化管的胚管外表面积为基准计算的.沸腾换热系数h 可表示为

h =

Q F (t w -t sat )

整理实验结果所用到的R134a 和R22的物性选自文献[5].

2　实验结果及讨论

2.1　校核性实验

R134a 在水平光管外的沸腾换热系数可采用

Cooper 公式进行预测[6].为了检验试验系统的可靠

性,首先进行了R134a 水平光管外的沸腾换热试验.当蒸发温度为t sat =19.6℃时,热流密度对沸腾换热系数的影响如图2a

所示.光管外表面的粗糙度按R P =0.4μm 计算.用Cooper 公式预测上述实验结果,最大偏差为±15%. 另外,在热流密度q =33.5kW/m 2时,对不同压力下的沸腾换热系数进行测定.从图2b 中可看出,实验值与Cooper 公式的预测值之间的最大偏差为+8%.上述两方面的考察均说明实验值与预测值吻合较好.

2.2　水平强化管外池沸腾特性

2.2.1　热流密度对沸腾换热系数的影响　在蒸发

温度分别为5、10.2、14.5℃时,热流密度与核态沸腾换热系数的关系曲线示于图3.在一定的蒸发温度下,增大热流密度q 可促进沸腾换热系数h 的提高.由于热流密度的增加,壁面过热度将会增加,这使得原来不能活化的空穴进一步活化,形成新的

(a )h 2q 曲线 (b )h 2p sat 曲线

图2　光管校核实验

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6第3期 李芳明等:新工质R134a 在水平强化管外的池沸腾换热