C包括油影响和强化表面的R134单管喷淋蒸发传热.doc

包括油影响和强化表面结果的R134单管喷淋蒸发传热 Shane A Moeykens Wade W. Huebsch Michael B. Pate 翻译：huym  摘要 为了评价平均换热系数，对七种商用铜管进行了单管喷淋蒸发实验测试。为评价相似条件下壳侧换热强化的影响，供液量保持不变。由于喷淋蒸发现象很不同于池内沸腾，对冷凝强化管和蒸发强化管都进行了实验。通过对所有铜管的结果进行的比较表明，冷凝强化管的性能比蒸发强化管要好。另外，26pfi管表面的性能比40pfi管表面要明显好。 少量浓度的聚酯油产生的发泡效应增强了换热性能。这种趋势在粘度为32cs和68cs的聚酯油中都看到了。用W-40和Tu-Cii两种铜管对68cs聚酯油分别在浓度0.0、0.5、1.0、3.0和5.0下进行了实验，在大部分被试热流密度范围内，实验的结果显示，浓度一直到3%为止性能都不断提高，在被试热流密度范围靠上的一段，1.0%浓度的性能最好。 32cs油产生的趋势与68cs油相似。用光管、W-40和Tu-Cii管分别在浓度1.0%、2.0%和3.0%下进行了实验。在最大被试热流密度时是2.0%的浓度而非1.0%的浓度产生了最好性能。这种差别肯定是由于油的粘度的不同。 介绍 随着氯氟碳（CFC）制冷剂的禁用，当前存在一个开发对臭氧层友好的非CFC制冷系统的需求，并希望继续维持制冷系统的高效率。喷淋蒸发系统（也称为降膜蒸发器）是一个满足新的系统效率要求的可能途径。但是，有必要评价新型非氯氟碳制冷剂在使用不同商用管时的单管喷淋蒸发表现，因为过去的研究已经表明并不是所有表面在喷淋蒸发模式下的性能都好于传统的池内沸腾模式（Chyu和Bergles 1989）。在喷淋蒸发器中的换热是一个蒸发过程还是一个沸腾过程，要视液膜供应量、管壁热流密度、饱和状态、流体性质和管表面形状而定。 在受热圆柱表面上已经进行了一些水的降膜蒸发研究。Chyu等人（1982）以及Chyu和Bergles（1985a,1985b）用水作为工作流体对25.4mm强化沸腾铜圆柱表面和圆柱光滑表面进行了单管实验。Chyu介绍，在较低热流对流区，光管在降膜蒸发模式下能够产生比池内沸腾模式更大的换热系数。Chyu和Bergles（1985a,1985b，1989）也陈述了T型翅表面通过增加表面积提高了对流换热系数，该系数受液膜供应量和管壁热流密度的影响。但是，要注意T型翅表面不会产生和池内沸腾一样高的换热系数。Chyu等人（1982）以及Chyu和Bergles（1989）报告了高热流密度表面和多孔表面在降膜环境中在低过热度时出现初始沸腾，因而产生了高换热系数。该换热系数显示出只在非沸腾区与液膜供应量和供液高度有关系。 已有文献记载非水工作流体的降膜换热性能。Hillis等人(1979)介绍了用氨作为工作流体的多孔表面管束实验,证实只要底排管束完全润湿，沸腾换热系数与热流密度或液膜供应量无关。 通过使用制冷剂R11作为工作流体对强化竖板表面进行的大量实验， Nakayama 等人(1982)对制冷剂降膜换热系数的初始数据充实工作作出了重大贡献。Nakayama陈述了多孔表面，作为一种强化沸腾表面，产生了比垂直槽形表面更高的换热系数。多孔板的传热系数与供液量无关而与热流密度稍稍相关，而垂直槽形表面（大致像翅化管）与供液量和热流密度有关。 在以前的研究中还没有提及小油含量对降膜蒸发或沸腾的影响，但小油含量对池内沸腾传热的影响已进行了大量工作。已经证实冷冻油可能引起发泡而增强传热。Sauer等人(1978、1980)发表了制冷剂R12和R11单管池内沸腾实验结果，并总结出油浓度小于等于7%时能增强换热性能。Sauer说油粘度是改变池内沸腾性能的主要影响因素，而油的其他性质对性能影响很小或几乎没有什么影响。 Stephan和Mitrovic(1981)也发表R12的实验结果，并揭示油浓度小于等于6%时可能增强换热。数据有些不一致。更近的工作由Webb和McQuade(1993)用R123和R11完成，结果显示两种制冷剂甚至在油浓度为0.5%时池内沸腾换热性能就下降了。这些差别很可能是由于一些制冷剂和冷冻油的组合表现出比其他制冷剂更多的发泡趋势。当发泡存在时，换热系数可能比用无油制冷剂所作实验的结果更高些。 测试装置 本研究的实验装置Moeykens和Pate（1994）进行过描述。装置能够进行19.1mm铜管的单管实验，用于评价平均壳侧对流换热系数。装置包括几个主要部分：实验段、喷淋喷嘴、制冷剂回路、乙二醇/水回路和数据采集设备。实验装置原理图如图1。 图1。实验装置原理图 喷淋喷嘴 沿实验段轴线在顶部按76.2mm的间距装配了5个喷嘴。对于本实验，采用喉部直径