R290微通道内流动沸腾换热机理初探及实验研究-制冷及低温工程硕士论文.doc

中图分类号： TB6 R290微通道内流动沸腾换热机理初探及实验研究 制冷及低温工程 葛琪林 柳建华 教授 二○一五年二月 学校代码：10252 学 号：111310009 上海理工大学博士学位论文 R290微通道内流动沸腾换热机理初探 及实验研究 姓 名 葛琪林 系 别 能源与动力工程学院 专 业 制冷及低温工程 研究方向 制冷及低温技术 指导教师 柳建华 教授 学位论文完成日期 2015年2月 University of Shanghai for Science and Technology Doctor Dissertation The Preliminary Analysis on Flow Boiling Mechanism of R290 in Microchannel and Experimental Study Name Ge Qi Lin Department School of Energy and Power Engineering Specialty Refrigeration and Cryogenic Engineering Research Direction Refrigeration and Cryogenic Technology Supervisor Professor Liu Jian Hua Complete Date February 2015  学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。本人授权上海理工大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 摘 要 微通道换热器具有流动沸腾换热系数高，结构紧凑等特点，在空调领域内得到了较为广泛的引用。但是由于对其流动沸腾换热机理认知的不足，使得微通道换热器只能用作冷凝器，这就极大的影响了其在空调中的使用效率。同时，由于R290制冷剂所具有的低GWP特点，使得其可以成为一款较有潜质的R22替代制冷剂。由于R290制冷剂在高浓度下易燃易爆的特点，将其应用到制冷剂充注量较低的微通道换热器中不失为一个不错的选择，而且国内外相关的研究也相对较少。在这种情况下，为了能够将R290制冷剂有效的应用到微通道换热器中，本文先对流动沸腾换热的机理进行了分析，并针对管径对层流底层厚度的影响，汽泡及其运动对沸腾换热的影响，以及流型结构及其对流动沸腾换热的影响这三方面分别进行了研究讨论。确定出何种因素会对制冷剂的流动沸腾换热过程产生何种影响。 在明确机理的基础上，对R290制冷剂在微通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。其研究管径分别为1mm和2mm，热流密度为20~65kW/m2，质量流率为100~200kg/m2s，饱和温度为15℃和25℃。并根据机理分析的结果，在明确何种因素会对流动沸腾换热产生影响的基础上，依据无量纲分析法，拟合出了适用于本文中实验研究范围内的R290微通道流动沸腾换热系数关联式。并在此基础上，依据模糊数学的理念，提出了对称结构的流动沸腾换热系数关联式。并用关联式对11篇已发表文献中的实验数据点进行了关联式的拟合。又在此基础上，针对未来可能出现的庞大数据库，提出了高阶对称结构流动沸腾换热系数关联式。 本文中得到的结论分别如下： (1)微通道内流动沸腾换热具有较高换热系数的原因，一方面在于随着管道直径的降低，粘性层流底层的厚度在逐渐降低，这就使得管道内的流体在沸腾开始前就已经具有较高的流动换热系数，为较高的流动沸腾换热系数奠定了基础。另一方面则由于管道内近壁面处流体具有较高的速度梯度，从而使得汽泡在阻力的推动下高速地脱离壁面，并带动起周围的汽泡同样迅速地脱离壁面。这个过程可以使得远离壁面的冷流体高速地流向壁面，从而大为强化了沸腾换热。 (2)随着流型的转变和干度的上升，换热系数逐渐上升的原因，在于汽泡的速度与流体的速度之间存在一定的差异，在这过程中，汽泡与壁面之间的流体会获得较高的流速，这一过程强