水平双侧强化管单管在R134a中的池沸腾传热实验研究

    近十多年来,随着环境意识的加强,特别是为了适应保护臭氧层的需要,空调和制冷设备的制造商进入前所未有的挑战,目前运用最广泛的制冷剂R22即将被淘汰。为适应环保的需要,制冷空调行业做了积极响应,采取了许多措施和行动,选择综合性能优异的制冷剂开发高性价比的产品成为各制冷厂商竞争的焦点。由表1可见[1],CFC-12替代制冷剂的纯合成工质主要为HFC-134a,现已被认可和接受使用。

    另一方面,节能型社会的目标及原材料价格的高扬,使中央空调和制冷设备的制造商对占成本近半的换热铜管提出了更高的要求,迫切希望能配合改用新型环保制冷剂而开发更高性能的高效强化换热铜管,焦点就集中在开发更高性能的高效强化蒸发换热铜管。这里旨在顺应市场的要求和发展,配合中央空调制冷剂选择的趋势,对几种双侧强化换热管进行单管在R134a中管外池沸腾传热的实验研究,并将实验数据用威尔逊图解法(Wilson Plot Meth-od)[2-3]分离出管内、管外的传热系数,为设计高效、节能、降耗的卧式壳管式蒸发器提供可靠数据。

    1 实验设备和原理

    1.1 实验装置和流程

    整个实验装置模拟了制冷设备的卧式壳管式换热器中蒸发传热管和冷凝传热管的工作环境,包含三大部分:1)制冷剂循环系统;2)水循环系统和辅助制冷、加热系统,能稳定提供实验所需的水流速和水温状态;3)微机过程控制和数据采集系统。

    制冷剂循环系统由两个互通水平圆筒壳体组成,上侧为冷凝筒体,下侧为储存制冷剂的蒸发筒体,测试铜管水平浸没在蒸发筒体的制冷剂中。满液式水平蒸发筒内的制冷剂不断被蒸发管蒸发后沿筒体间气体通道逸入水平冷凝筒体,又在冷凝管外冷凝为液体,沿液体通道流回蒸发筒体,完成制冷剂的内部循环。

    水循环系统分为两路循环,水循环系统和辅助制冷、加热系统集成后能稳定提供实验所需的水流速和水温状态。带辅助制冷、加热系统的冷水恒温水箱内的冷水经水泵加压流入冷凝管,吸收管外制冷剂气体的热量,流回冷水箱;带辅助制冷、加热系统的热水恒温箱内的热水经水泵加压流入待测蒸发管,加热管外制冷剂液体,放热后流回冷水箱。

    微机过程控制和数据采集系统能对两个恒温水箱的温度、冷凝和蒸发换热管的进出口水温、流量(流速)、压降、测试筒体内的制冷剂液温、气压、气温进行状态测试,再通过串口通讯输入微机进行显示、控制、采集、计算和保存。

    试验系统采用单管进行实验,方法简单、准确度高,为近一步设计或测试管束的换热情况提供了确切参考。实验装置的系统原理图如图1所示。数据采集流程如图2所示。