混合工质池核沸腾换热关联式研究

    1　引　言

    评价制冷系统性能优劣的一个重要因素就是装置内蒸发器的换热能力,而对于蒸发器的优化设计又取决于对核态沸腾传热和对流传热的准确估算。随着传统工质的不断淘汰,在研究新的工质或混合工质过程中,准确估算核态沸腾换热系数变得尤为重要。

    有关纯工质的池核沸腾换热已有广泛的研究,并提出了一些综合的关联式用以估算不同工质的沸腾换热系数。由于混合工质的池核沸腾换热系数,比具有相同物性的纯工质和各个组分内插折算后的沸腾换热系数都要小很多(这种换热系数的降低被称作“混合效应”),所以,多种模型及不同种类的经验关联式也相继被提出来。

    由于现存的混合工质池核沸腾关联式中大多数针对二元混合工质,所以对于这些关联式是否适用于三元或多元混合工质还不清楚。造成此种局面的主要原因是缺少多元混合物的实验数据。许多实验都研究二元混合工质,而研究三元或多元混合工质的却很少[1,2],至今还没有发表过随着三元混合工质组分和热流的变化,池核沸腾换热系数也取相应值的一整套完整数据。因为混合物的组分如果增加到三元,实验将变得异常复杂和繁琐,所以如果想覆盖混合物内各个不同组分浓度,其操作工作量将成倍的增加。

    2　工质沸腾换热关联式

    一个理想有效的沸腾换热关联式应具备下列特点:①有较理想的预测性,有较高的精确度,其计算值与实验值符合较好。②具有较广的通用性,适用于多种不同工质和壁面材料的不同压力、不同壁湿范围;适合于任何混合工质,且与混合物的组分数无关。③具有较明确的物理意义,具有较简明的表达形式,能突出主要影响因素,尽量减少变量的种类与数量,避免复杂的函数形式,以便于使用。

    20世纪50年代以来,对池内泡核沸腾建立了多种传热增强机理解释模型,并依此提出了各种不同的传热关联式。但是由于核态沸腾换热的复杂性,目前还没有一个公认的在工程上能广泛应用的解析关系式,只是在实验的基础上通过对实验数据的回归获得的经验或半经验的关联式。

    2.1　纯质的沸腾换热关联式

    沸腾换热关联式可从不同的角度加以分类。如果按其出发点不同,有的是以某种确定的换热机理模型为依据分类,有的则是以换热影响因素的分析为依据进行分类。如按其表达形式来区分,则可分为由无因次数群(准数)组成的和由少数几个有因次的变量组成的两类。如按回归整理的方法分,则可分为由相似理论或因次分析方法得到的表达式,以及由实验数据表示的简单函数形式的表达式。此外,还可以根据关联式中是否排除加热壁面条件的影响去分类。现将分类方法加以综合,将大空间纯质泡态沸腾的许多关联式分为下列主要几种形式,并对每种形式各列举一些典型公式加以说明。