R123水平强化单管外池沸腾换热实验研究

    1 引言

    R11是制造塑料、合成喷雾剂、冷冻行业中不可缺少的重要工质,但由于其对臭氧层的巨大破坏力,目前正广泛地展开寻找替代R11的工质研究。其中R123(HCFC123,分子式CHCl₂CF₃)以其与R11(CFC11,分子式CHCl3F)相近的物理性质(如沸点R123为27.5℃,R11为23.8℃)、化学性质以及较小的GWP(温室效应指数)值和ODP(臭氧消耗指数)值(R11分别为1.0和1.0,R123仅为0.02),成为短期内最有希望替代R11的工质[1]。因此,必须对其传热性能和强化方面进行细致的研究。

    国内外已有一些学者进行了有关研究[2][3],R.L.Webb对五种工质(R11,R12,R22,R123,R134a)在沸腾温度分别为4.4℃和26.7℃时,分别在光管、低肋管、TURBO-B管等管型外进行了沸腾换热的实验研究[2],结果表明,五种工质对不同的管型有不同换热性能变化趋势,不同工质对管型有选择性。且由于沸腾换热机理的复杂性,对不同工质在不同管型外的沸腾换热特性很难理论推算。

    Thermoexcel-E管是日本日立公司开发的一种具有优良管外沸腾换热性能的强化管。关于R123在该管外沸腾换热性能尚未有公开报道,因此,研究R123在这种管外的沸腾换热性能并与R11进行对比,具有重要的应用价值。

    2 实验装置和实验方法

    试验工作是在凝结与沸腾换热实验台上进行,实验系统包括制冷工质循环系统、冷却水循环系统和数据测量采集系统,如图1所示。

    制冷工质循环系统主要由冷凝器,蒸发器,上升管,下降管组成。在蒸发器的中央部位水平放置沸腾试验管,蒸发器上部和下部分别装有加液阀、放液阀用来充灌和回收工质。冷凝器内装有冷凝试验管,工质在冷凝试验管外部凝结,冷凝器上装有放气阀,可以排除不凝结气体。

    冷却水循环系统主要包括储水箱、清水泵、高位水箱和上下管道。储水箱中冷却水通过温控装置控制温度。

    实验中温度由铜-康铜热电偶测量,所用热电偶均在CS-503型恒温水浴中用二等标准水银计标定。温度-热电势由HP3054A数据采集系统采集,与热电偶配套的二次仪表采用英国施伦伯杰公司的IMP分布式数据检测与控制系统。

    实验前首先对系统进行密封性试验。若冷凝器内压力在1.5MPa时维持24小时压力下降不超过0.01MPa,再对系统进行抽真空试验,系统抽真空到绝对压力2. 5kPa,若是24小时压力变化小于2.0kPa,即密封性完好。

    系统采用充入少量制冷剂后抽真空的办法,排除不凝性气体。充灌制冷剂后,运行数小时利用放气阀排除不凝性气体,若由系统压力表推算得出的工质饱和温度与热电偶测得的工质饱和温度相差在±0.2℃以内时可进行实验。充灌工质过程中,在氟利昂钢瓶和实验系统之间附加干燥过滤器,同时氟利昂钢瓶用电吹风加热,使其内部压力高于大气压,以免充灌过程中混入不凝性气体。