蒸发管内传热研究的新进展

    1 前言

    近年来,世界各国的传热学者对于强化制冷剂的沸腾换热进行了大量的研究工作,其中对于制冷剂在管外沸腾的研究要少于对制冷剂在管内沸腾的研究。本文将详细介绍日本学者从1990年以来对制冷剂在水平管内沸腾的研究工作进展。

    在空调机蒸发器中现广泛使用的传热管为内径在4一16mm之间的紫铜管,管内表面加工成深度为0.1一0.25mm、螺旋角必为10一30度、槽数在50-70之间的内螺旋槽管。最近,日本又开发出两种高效蒸发传热管,一种是在左旋和右旋方向加工成同样螺旋槽的称为交叉螺旋槽管(图lb),还有一种是将不同方向的细槽组合在一起的人字形槽管(图Ic)。

    以上这3种强化蒸发传热管除内螺旋槽管外,其他两种是近年来才开发出来专用于强化R22的替代制冷剂如R407C和R410A等在管内蒸发时传热的强化传热管。

    2 在强化蒸发传热管中的换热

    (1)单一成分制冷剂在管内蒸发时的换热

    制冷剂在内螺旋槽管内蒸发时与光管相比,换热的增强比压力损失的增加要大,因而广泛地被用于制冷剂的管内蒸发管来代替光管。在图2中示出R22在不同质量流速g(k岁砰·S)下在内螺旋槽管内蒸发时的局部表面传热系数a、(kw/砰·K)。由图七可以看出,在低流速下R22在内螺旋槽管内蒸发时的表面传热系数比光管内高得多,但随着质量流速的增加,在内螺旋槽管内蒸发表面传热系数比光管内换热增强的程度减小。在图形中示出咫2在内螺旋槽管内在低质量流速下蒸发时液体的分布与运动。当R22在光管内小流量蒸发时气液两相上下分层流动,管子顶部的换热极差,而在内螺旋槽管内,由于蒸气流的剪切力和槽的毛细管作用,将管子底部的一部分液体提升至槽内(见图3中左侧部),在槽内形成一薄层弯月液膜,大大改善了换热,在大流量下管内表面上形成了环状液膜,内螺旋槽上完全被液膜所覆盖,因而不存在换热良好的弯月面液膜,由图2可以看出当咫2的质量流速g超过Zook岁耐一时局部表面传热系数a、保持不变,因为此时的换热增强,主要靠换热面积的增大。

    在图2中还示出R22在人字形槽管内的换热系数与质量流速的关系,在小流量下R22在人字形槽管内底部的液体不会向槽内提升,因而形成的弯月形液膜比内螺旋槽管少,换热系数也低,但在大流量下由于蒸气流的剪切力形成图4的所示的液体分布,即管子左右两侧的液体向管子顶部和底部集中,在管子侧面只形成很薄的一层液膜,因而其换热系数比内螺旋槽管高。另外,在小流量下R22在人字形槽管内的压力损失大体与在内螺旋槽管内相同,但是在大流量下(如g)sook 酬砰·s时)R22在人字形槽管内的压力损失大约是在内螺旋槽管内压力损失的1.5倍。