R290的管内冷凝实验研究

    1 引言

    由于各国对工质替代进程的加快,近年来R22替代工质的管内冷凝传热研究成为空调制冷领域的热点问题之一,但针对其自然替代工质R290的研究尚不多见,仅Mathur=1>公开发表了R290在光管内单相及相变传热的理论研究。在欧洲,碳氢化合物仍被视作重要的替代工质。荷兰DELFT大学制冷与室内气候控制实验室对丙烷R290在空调制冷领域中应用广泛的9.52mm外径的光管、内螺纹管和内交叉肋管内的冷凝传热进行了实验研究,该研究是欧盟项目/体积小、重量轻的板翅式换热器的传热与流动优化研究0的重要子项目。实验结果与大多针对非自然工质(CFC, HCFC或HFC)建立的关联式的预测结果进行了比较。冷凝实验的结果和预测数值基本吻合。

    2 实验系统与实验方法

    实验系统的组成请详见Nan和Infante Ferreira(2000)=2>文中介绍。实验系统既可用于蒸发测试,也可用于冷凝实验研究。由两个主要回路组成:包含实验管段的制冷剂回路和加热或冷却制冷剂的第二回路。另有第三辅助回路用于蒸发实验中制冷剂的预热,保证实验段入口为饱和蒸气;第四辅助回路用于蒸发实验中冷凝实验段之后的制冷剂或冷凝实验中预冷第二回路的乙醇溶液。

    如图2所示,实验段采用套管逆流换热器形式,分为4个水平测试段,每段1m长。连接弯头结构亦在图1中示出。测试管外径都是9.52 mm,套管的外径均为15 mm。各自管路中的变速齿轮泵使制冷剂在测试管内冷凝,而10 %的乙醇溶液在管外流动。弯头处扩大流动的空间保证了冷却介质乙醇溶液在各测试段进口处流动及传热的稳定性。

    实验段有三组并列的套管逆流换热器。其中的测试管分别为光管、内螺纹管和内交叉肋管。测试管的尺寸如表1给出。两种内翅片管的内表面形状如图3所示。冷凝实验保持进口冷凝温度为30℃和40℃,制冷剂的质量流速分别为100,150,200,250和288 kgPm²s。

     制冷剂进出口安装有温度和压力传感器测量进出口的温度和压力。进出口处还安装有压差传感器测量制冷剂蒸发或冷凝过程的压力损失。制冷剂流量由一个质量流量计测量。乙醇溶液在每1m测试段进出口的温度也是由Pt温度传感器测量。其流量由一个电磁流量计测定。表2所示为测试精度及误差。根据误差传递理论,在典型测试工况下,换热系数的测量误差在7%以内。

    实验时观察测试段前后的视液镜以保持测试段制冷剂进出口为饱和状态,根据制冷剂侧和乙醇溶液侧热量平衡测得制冷剂在4个水平直管管内局部平均相变换热系数。