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R245fa螺旋管内分液冷凝特性实验研究

摘要

基于“双碳”目标和低碳减排等相关政策背景，有机工质冷凝换热的机理研究以及

强化传热技术的研发等方向对我国提高能源利用效率、降低环境污染、实现能源高质量

发展具有重要意义。本文针对螺旋管管内强化换热研究的不足，自主设计并搭建了有机

工质分液冷凝实验台，开展了分液螺旋管内R245fa流动冷凝强化换热实验研究，重点

讨论了螺旋管结构和分液结构对换热管的气液分离性能、冷凝换热系数和冷凝压降的影

响，为分液螺旋管的强化换热研究提供理论基础。主要研宄内容及结论如下：

（1）以分液螺旋管为研究对象，开展了螺旋管的气液分离性能、冷凝换热系数和

冷凝压降在不同流动工况下的变化规律相关研究，对比研究了管型和分液装置对其换热

2

性能的影响。实验结果表明：在工质质量流量为100kg/(m·s)时，可实现有效分液的范

围最大，对应的入口干度为0.104-0.928。分液螺旋管相较于螺旋管有着的更大冷凝换热

系数和更小的冷凝压降，得到的最大综合评价因子为1.79。分液螺旋管相较于分液竖直

管有着更大冷凝换热系数和更大的冷凝压降，得到的最大综合评价因子为1.44。

（2）以分液螺旋内肋管为研究对象，开展了螺旋内肋管的气液分离性能、冷凝换

热系数和冷凝压降在不同流动工况下的变化规律相关研究，对比研究了螺旋螺距和内肋

表面对其换热性能的影响。实验结果表明：分液螺旋内肋管的螺旋螺距越大，管内冷凝

换热系数和管内冷凝压降越大，螺距为110mm时得到最大的冷凝换热系数7158.06

2

W/(m·K)和压降14.08kPa。内肋表面会增大螺旋管的冷凝换热系数和冷凝压降，同时扩

大螺旋管的有效分液的工况范围。其综合评价因子在扩大的有效分液的工况范围得到极

大提高，得到最大综合评价因子1.38。

（3）以分液螺旋管为研究对象，开展了分液装置内气液分离效果随质量流量、入

口干度和分液孔孔径变化的可视化研究，对比研究了分液孔孔径、孔数和孔排列对其气

液分离性能和冷凝换热系数的影响。实验结果表明：孔径的增大会降低其有效分离对应

的入口干度，分液孔径为2mm时存在最大有效分离范围0.106-0.89和最大分液效率0.99。

30.034-0.890.994

分液孔数为时存在最大有效分离范围和最大分液效率。不同孔排列

的有效分离范围有所差距，但差距不大。有效分离范围的改变直接影响分液效率，进而

影响冷凝换热系数，分液效率越大，冷凝换热系数越大。

关键词：冷凝换热；螺旋管；分液装置；强化换热

I

哈尔滨工程大学硕士学位论文

Abstract

Basedonthedoublecarbongoalandtherelatedpolicybackgroundoflow-carbon

emissionreduction,theresearchonthemechanismofcondensationheattransferoforganic

workingmediumandtheresearchanddevelopmentofenhancedheattransfertechnologyare

ofgreatsignificanceforimprovingenergyutilizationefficiency,reducingenvironmental

pollutionandachievinghigh-qualityenergydevelopmentinChina.Aimingatthe

sho