混合工质水平管内流动凝结换热研究进展

    1 引言

    在动力、制冷和空调等领域中,冷凝器作为制冷系统中必不可少的部件之一,其性能的优劣对于整个制冷系统有着重大的影响。而工质管内流动换热机理的研究属于最重要的基础研究之一,了解工质在冷凝器的流动凝结换热特性,对指导冷凝器的仿真和设计具有特别的作用。近年来,对替代工质如R407C、R410A等混合工质的流动换热研究引起了广泛关注。

    混合工质作为CFCs和HCFCs的潜在替代物,在凝结过程中由于沿流动方向上易挥发组份的浓度增加而蒸气的平均温度降低,致使凝结换热系数在流动方向上逐渐降低。且在流动过程中同时进行着热量和质量的传递和交换,流动换热机理十分复杂,对于混合工质的凝结换热问题,已成为近年来的研究热点。

    许多学者基于自己的实际需要从不同方面对混合工质水平管内流动凝结换热进行了研究,有不少重要成果见诸报端,有的已经形成共识,某些方面虽然没有形成定论,但也从某一侧面解释了流动凝结因此,很有必要对最近混合工质在水平管内流动凝结换热研究作一总结,及时吸收最新研究成果。基于此,在文献[1~3]基础上对近年来已公开发表的研究成果进行了分析,以使读者对近年来在这方面的研究现状有一全面认识。

    2 混合工质流动凝结换热实验研究概况

    混合工质的凝结换热特性与纯工质在很多方面表现出不同的性质,且凝结和沸腾是不同的。近几年来,众多国外学者一直都非常注重对混合工质的流动凝结特性实验研究,各研究者及其具体的研究情况如表1所示:

    从下表的研究结果可以发现,Torikoshi and Eb-isu(1999)[5~6]和Wijaya and Spatz(1995)[11]研究认为R410A换热系数比R22稍低,而R407C要比R22低30%左右。压降损失R407C与R22相当,但R410A比R22低30%。压降随着干度的增大而增大。Sami(1998)[14]在前期对不同配比的混合工质的研究基础上,又对R502、R507、R410A换热及压降特性研究发现换热系数均随雷诺数及热流密度的的增加而增大,三者随雷诺数及热流密度的变化趋热是不同的。在Re的整个实验范围内,当Re34.2×10⁶时,R507的换热系数最大,当R44.2×10⁶时R410A的换热系数量大。在热流密度的实验范围内,当q325.3kwPm²时,R502换热系数最大,q425.3kwPm²时,R507同R502相当,R410A的换热系数最小。作者认为组份的潜热越大,则含该组份的混合工质的换热系数就越大。R507的压降三者中最大。Sami(2000)[12~13]通过对R404A、R407C、R507、R408A和R410A的研究结果表明R408A的换热系数最大,R407C最小。但考虑到换热随Re的变化关系时,当Re42.35×10⁶时,R410A换热系数最大;Re31.56×10⁷时,R507压降最小。Eckels等(1999)[4、6、7、15]通过对R410A和R407C凝结换热特性与R22做的对比实验研究,表明R410A同R22相近,R407C较差。二者的换热系数及压降均随着冷凝温度的升高而降低。但Chittiand Anand(1996)[18]认为R410A的冷凝温度影响很度为2.6%和5.37%时,换热系数分别降低10%和15%。这同Schlager的研究相一致。Cho等(2001)[16]研究表明R407C的凝结换热系数随油的浓度增加而降低,但压降随着流量、进口干度和油的浓度的增大而增大,当油的浓度从0~5%时,压降增加10%~20%。