R14池内核态沸腾换热特性研究

　　随着以基因工程为代表的生命科学、以新型半导体材料为特征的信息技术和以天然气等为特征的洁净能源利用技术在新世纪的迅速发展，对制冷温度处于80K~230K温区的制冷技术需求越来越大。多元混合工质节流制冷技术是这个温区一种具有显著优势的制冷技术。这种制冷技术可以采用普冷领域已经广泛应用的单级油润滑空调/制冷压缩机驱动，具有无低温运动部件、高热力学性能、可靠和低成本等优点，并易于大规模工业化推广应用。近年来这种利用混合工质节流制冷的技术得到了迅猛发展，在能源、空间技术、测量技术、化工、交通、医疗卫生等领域都有很好的应用前景。在多元混合工质节流制冷技术当中，全氟甲烷(R14)是一种非常重要的组元。以前的研究表明在烷烃的混合物中加入R14能显著改善混合制冷剂的等温节流效应分布，大大提高了系统制冷效率^[1-2]。另外，R14也是一种重要的电子气体，在多种领域具有广泛的应用。然而目前对于R14热工特性研究非常少见，对于其池内沸腾特性，几乎没有公开发表的文献。这里通过对R14的沸腾换热实验研究获得在一定压力、热流密度范围内的沸腾换热数据，为相关领域提供基础数据。

　　1 实验装置

　　1.1 实验装置结构

　　实验系统由混合工质制冷机提供沸腾蒸汽再冷凝所需的冷量。实验主体由沸腾容器、加热棒和数据采集系统组成^[3-4]。沸腾容器是直径为75mm，高为100mm的圆筒状不锈钢容器。加热棒是直径为20mm的紫铜棒，安装在沸腾池底部。沸腾发生在位于沸腾容器内部的紫铜圆表面上，沸腾表面用1000目的砂纸进行打磨处理。加热丝缠绕在紫铜棒的底部，由直流电源供电加热，调节直流电源电压可以获得相应的热流密度。在紫铜加热棒轴向上距沸腾表面为25mm、50mm、75mm、100mm处分别安装了Pt100不锈钢铠装铂电阻温度计，用于测量紫铜棒上的温度分布。铂电阻温度计的测量范围为80~300K，不确定度为±0.1K。沸腾容器中饱和压力采用Druck公司生产的0.04级精度的PMP4010绝压型压力变送器测量，实验范围内压力测量的不确定度为0.04%。对纯质R14，沸腾容器中液体的饱和温度根据饱和压力用REFPROP 8.0^[5]软件查得。

　　实验系统整体用防止热辐射的铝箔包裹，并放置于真空罩中。实验时真空罩的真空度维持在10Pa以内，以防止外界对系统的漏热。

　　1.2 实验原理

　　根据沸腾换热原理，沸腾换热系数可由下面的公式计算：

　　式中，h为沸腾换热系数，W/m².K;q为热流密度，W/m²;Tw为加热壁面温度，K;Ts为液体饱和温度，K。