制冷剂混合物水平微翅管内流动沸腾研究综述

    1 引言

    在动力、制冷和空调等领域中,水平管内强制对流沸腾是一种常见的换热现象。随着工业技术的不断发展,混合物(如混合制冷剂、制冷剂-油混合物)在水平管内的流动沸腾换热的机理研究越来越受到人们的重视。随着研究的深入,人们发现,混合工质的换热特性与纯工质在很多方面表现出不同的性质。其中,最显著的一个特点是非共沸混合工质换热系数的退化,即其沸腾换热系数低于相应纯工质按理想混合原则计算的数值。近年来,由于非共沸混合制冷剂被认为具有节能和作为HCFC22潜在替代物的双重意义,引起众多研究者的兴趣,其沸腾换热特性的研究也得到广泛开展。此外,为了追求高效的换热效果,人们研制了各种不同类型的强化换热元件,其中以螺旋微翅片管(又称内螺纹管)的换热效果最佳。因此,混合物在水平螺旋微翅片管中的流动沸腾换热特性的研究具有重要的实用价值和理论价值。目前,在此领域中主要的研究内容有:

    1.混合制冷剂在水平螺旋微翅管中的流动沸腾换热特性及其影响因素;

    2.非共沸混合工质流动沸腾换热的退化问题;

    3.混合物在水平螺旋微翅管中强制对流蒸发过程中,周向壁温的变化;

    4.核态沸腾的抑制;

    5.作为替代工质,混合物与被替代物的换热特性的比较;

    6.制冷剂-润滑油混合物在微翅管内的流动沸腾特性。

    本文将就上述内容对近年来的实验研究成果作一综述,使读者对混合物水平螺旋微翅管内流动沸腾换热研究有一较全面的认识。

    2 混合物水平微翅管内流动沸腾强化换热机理研究

    日本学者Takamatsu[1]较早对三种成分比例的非共沸混合制冷剂R22/R114在微翅管内流动沸腾换热进行了实验研究。他们发现,对于混合物来说,由于汽液相中成分的改变,流体温度沿管长是升高的,且温度的变化趋势取决于成分比。当R114的摩尔成分为25%时,温度曲线下凹;而当摩尔成分为50%和75%时,温度曲线上凸。然而,纯工质R22则相反。由于压力损失的缘故,流体温度沿管长是逐渐降低的,直到干度x=1,温度又突然上升。试验还表明,微翅管的局部换热系数比光管高约90~120%。文献[1]的数据还表明,在差不多相同的质量流量、干度下,非共沸混合工质R22/R114在强化管内的流动沸腾换热系数低40%以上,换热系数的退化是很明显的。这甚至比Jung[2]用相同的制冷剂在光管中获得的退化36%的值还大。Wang[3]对此作了解释:微翅管内主要强化机理即是为核态沸腾提供了更多的核化点,而对混合物的流动沸腾而言,核态沸腾的充分抑制更易达到,因此,混合物强制对流蒸发的强化效应,要弱于纯工质。