多微通道扁管內(nèi)沸騰傳熱特性實驗研究

1傳熱過程中的溫性高與工質(zhì)優(yōu)化微通道換熱器具有高傳熱性和高均勻性，在多個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。微通道內(nèi)流動與沸騰傳熱具有傳熱系數(shù)高、均溫性高與工質(zhì)需求量低等優(yōu)點,能減少資源、能源的消耗,成為極具發(fā)展前景的換熱方式之一CuaZ等鄧聰?shù)葹檫M一步研究傳熱工質(zhì)在多微通道扁管內(nèi)的流動與沸騰換熱特性,本文實驗研究制冷劑R134a在不同微通道尺寸、制冷劑充注量以及給定加熱功率條件下的表面溫度變化以及傳熱系數(shù)變化,為多微通道扁管的工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。2實驗系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理2.1壓縮機、制冷劑和實驗段圖1所示為實驗系統(tǒng)原理圖,由測試系統(tǒng)和采集系統(tǒng)兩部分所組成,制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)歷壓縮、放熱、節(jié)流和吸熱四個主要熱力過程。低溫低壓氣態(tài)制冷劑在壓縮機中壓縮為高溫高壓氣態(tài),高壓氣態(tài)制冷劑流入冷凝器,通過冷凝風(fēng)機向空氣中放熱,凝結(jié)為液態(tài)后,經(jīng)熱力膨脹閥減壓降溫進入實驗段,通過外界電加熱片輔助加熱,在實驗段中液態(tài)制冷劑被汽化為低壓制冷劑蒸氣,再進入壓縮機中完成一個循環(huán)。通過手動控制閥開關(guān)可進行壓縮機、制冷劑和實驗段的更換。在整個實驗過程,采用數(shù)據(jù)采集儀器實時記錄微通道扁管壓力、溫度等相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)。2.2測量誤差的測定實驗中各參數(shù)的測量誤差如表2所示,換熱面積的誤差基于文獻3結(jié)果與分析3.1不同充注量充注量圖2為加熱過程3#扁管沿流動方向的溫度變化情況(僅顯示代表性時刻數(shù)據(jù)),制冷劑為R134a,充注量為0.9kg/m由圖可知,實驗開始時,扁管各測點溫度基本保持同一水平;當3.2統(tǒng)運行條件相同加熱功率在實驗系統(tǒng)運行條件相同(加熱功率(1)溫度分布情況圖3為不同通道數(shù)的扁管溫度沿流動方向變化規(guī)律(穩(wěn)定狀態(tài))。由圖可知,沿流動方向扁管溫度分布整體趨勢基本一致,均呈現(xiàn)升高→降低→升高→平緩的變化規(guī)律。在第一個區(qū)域,通過對比1#、2#和3#扁管的溫度變化可知,相比于1#扁管,2#扁管溫度升高了1.86%,3#扁管溫度升高了3.94%,基本認為變化不大;從傳熱面積方面來看,相比于1#扁管,2#扁管表面積增加了23.8%,3#扁管表面積增加了38.1%。通道數(shù)增加,意味著單個通道內(nèi)制冷劑流速降低,對傳熱起著弱化作用;而傳熱面積增加,強化了傳熱。因此,在面積和流速雙重作用下,第一個區(qū)域內(nèi)溫度分布基本一致。在第二區(qū)域和第三區(qū)域,此時管內(nèi)發(fā)生了核態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰(即通道內(nèi)部為泡狀流、塊狀流、彈狀流和環(huán)狀流),由于面積增加的影響增大,3#扁管內(nèi)部制冷劑相變最先完成,1#扁管最后完成,2#介于兩者之間,因此溫度呈現(xiàn)圖中變化規(guī)律。(2)不同的間距圖4為1#扁管和4#扁管隨流動方向的溫度變化曲線。當3.3充注量溫度測試以3#扁管為實驗對象,加熱功率為1200W,R134a為實驗工質(zhì),對不同充注量下的溫度進行測量,各測點溫度穩(wěn)定后,記錄數(shù)據(jù)。圖5為不同充注量下沿流動方向的溫度變化情況。由圖可知,不同制冷劑充注量時,扁管溫度分布規(guī)律基本一致,但在數(shù)值上存在一定差異,當3.4加熱功率對功率下暗管溫度分布的影響以3#扁管為實驗對象,制冷劑R134a的充注量為0.9kg/m圖6為不同加熱功率時沿流動方向的溫度變化情況。由圖可知,由于沿流動方向制冷劑發(fā)生相變,不同加熱功率時扁管溫度呈現(xiàn)一定差異。當加熱功率為600W時,扁管溫度波動不明顯,說明此時管內(nèi)僅靠近壁面的制冷劑發(fā)生相變,由于少量氣泡的運動,使得管內(nèi)溫度分布出現(xiàn)波動;當加熱功率增加到900W時,管內(nèi)制冷劑由于氣泡上升、合并等影響,扁管溫度分布波動明顯增大,且逐漸呈現(xiàn)升高→降低→升高→變緩的趨勢;當加熱功率為1200、1500W時,溫度分布規(guī)律基本一致,說明此時管內(nèi)流動基本穩(wěn)定,也即0.9kg/m4溫度分布規(guī)律對微通道扁管內(nèi)制冷劑R134a的沸騰傳熱特性進行實驗研究,研究了不同扁管幾何結(jié)構(gòu)、不同充注量、不同加熱功率時扁管溫度分布情況,并以此分析了扁管內(nèi)部制冷劑的相變過程,實驗結(jié)論如下:(1)傳熱進入穩(wěn)定狀態(tài)時,扁管表面溫度基本呈現(xiàn)升高→降低→升高→平緩的變化規(guī)律;扁管內(nèi)制冷劑基本流動過程為單向流(液態(tài))→泡狀流→塊狀流→彈狀流→環(huán)狀流→霧狀流→單向流(氣態(tài))。(2)改變微通道與制冷劑流通面積時,由于速度的降低和傳熱面積的增加對傳熱的作用結(jié)果不同,使扁管溫度分布呈現(xiàn)出不同規(guī)律,應(yīng)具體