多微通道扁管内沸腾传热特性实验研究

多微通道扁管内沸腾传热特性实验研究

1传热过程中的温性高与工质优化微通道换热器具有高传热性和高均匀性，在多个行业得到广泛应用。微通道内流动与沸腾传热具有传热系数高、均温性高与工质需求量低等优点,能减少资源、能源的消耗,成为极具发展前景的换热方式之一CuaZ等邓聪等为进一步研究传热工质在多微通道扁管内的流动与沸腾换热特性,本文实验研究制冷剂R134a在不同微通道尺寸、制冷剂充注量以及给定加热功率条件下的表面温度变化以及传热系数变化,为多微通道扁管的工程应用提供数据支撑。2实验系统和数据处理2.1压缩机、制冷剂和实验段图1所示为实验系统原理图,由测试系统和采集系统两部分所组成,制冷剂在系统中经历压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程。低温低压气态制冷剂在压缩机中压缩为高温高压气态,高压气态制冷剂流入冷凝器,通过冷凝风机向空气中放热,凝结为液态后,经热力膨胀阀减压降温进入实验段,通过外界电加热片辅助加热,在实验段中液态制冷剂被汽化为低压制冷剂蒸气,再进入压缩机中完成一个循环。通过手动控制阀开关可进行压缩机、制冷剂和实验段的更换。在整个实验过程,采用数据采集仪器实时记录微通道扁管压力、温度等相关参数的数据。2.2测量误差的测定实验中各参数的测量误差如表2所示,换热面积的误差基于文献3结果与分析3.1不同充注量充注量图2为加热过程3#扁管沿流动方向的温度变化情况(仅显示代表性时刻数据),制冷剂为R134a,充注量为0.9kg/m由图可知,实验开始时,扁管各测点温度基本保持同一水平;当3.2统运行条件相同加热功率在实验系统运行条件相同(加热功率(1)温度分布情况图3为不同通道数的扁管温度沿流动方向变化规律(稳定状态)。由图可知,沿流动方向扁管温度分布整体趋势基本一致,均呈现升高→降低→升高→平缓的变化规律。在第一个区域,通过对比1#、2#和3#扁管的温度变化可知,相比于1#扁管,2#扁管温度升高了1.86%,3#扁管温度升高了3.94%,基本认为变化不大;从传热面积方面来看,相比于1#扁管,2#扁管表面积增加了23.8%,3#扁管表面积增加了38.1%。通道数增加,意味着单个通道内制冷剂流速降低,对传热起着弱化作用;而传热面积增加,强化了传热。因此,在面积和流速双重作用下,第一个区域内温度分布基本一致。在第二区域和第三区域,此时管内发生了核态沸腾和膜态沸腾(即通道内部为泡状流、块状流、弹状流和环状流),由于面积增加的影响增大,3#扁管内部制冷剂相变最先完成,1#扁管最后完成,2#介于两者之间,因此温度呈现图中变化规律。(2)不同的间距图4为1#扁管和4#扁管随流动方向的温度变化曲线。当3.3充注量温度测试以3#扁管为实验对象,加热功率为1200W,R134a为实验工质,对不同充注量下的温度进行测量,各测点温度稳定后,记录数据。图5为不同充注量下沿流动方向的温度变化情况。由图可知,不同制冷剂充注量时,扁管温度分布规律基本一致,但在数值上存在一定差异,当3.4加热功率对功率下暗管温度分布的影响以3#扁管为实验对象,制冷剂R134a的充注量为0.9kg/m图6为不同加热功率时沿流动方向的温度变化情况。由图可知,由于沿流动方向制冷剂发生相变,不同加热功率时扁管温度呈现一定差异。当加热功率为600W时,扁管温度波动不明显,说明此时管内仅靠近壁面的制冷剂发生相变,由于少量气泡的运动,使得管内温度分布出现波动;当加热功率增加到900W时,管内制冷剂由于气泡上升、合并等影响,扁管温度分布波动明显增大,且逐渐呈现升高→降低→升高→变缓的趋势;当加热功率为1200、1500W时,温度分布规律基本一致,说明此时管内流动基本稳定,也即0.9kg/m4温度分布规律对微通道扁管内制冷剂R134a的沸腾传热特性进行实验研究,研究了不同扁管几何结构、不同充注量、不同加热功率时扁管温度分布情况,并以此分析了扁管内部制冷剂的相变过程,实验结论如下:(1)传热进入稳定状态时,扁管表面温度基本呈现升高→降低→升高→平缓的变化规律;扁管内制冷剂基本流动过程为单向流(液态)→泡状流→块状流→弹状流→环状流→雾状流→单向流(气态)。(2)改变微通道与制冷剂流通面积时,由于速度的降低和传热面积的增加对传热的作用结果不同,使扁管温度分布呈现出不同规律,应具体