重力供液蒸发器的实验研究

　　重力供液系统中，蒸发器是利用热虹吸原理实现制冷剂的自然循环，从而实现对蒸发器的超倍供液，即通常所说的重力供液蒸发器。重力供液蒸发器增加了液体制冷剂和蒸发管内表面的接触面积，增大了传热系数，强化了蒸发器的换热，提高了蒸发器效率。重力供液蒸发器采用重力供液的方式强化换热与其它强化换热方法在目的上是一致的，即提高蒸发器的效率，但与其它方法相比却有着本质的区别。由于制冷系统的制冷剂循环量已被制冷压缩机锁定，蒸发器的强化换热多局限在扩展换热表面和增加扰动方面，而重力供液蒸发器突破流量的束缚，在不增加附加能耗的基础之上，通过增大制冷剂侧流速提高传热效率;它与扩大传热表面、增大扰动等强化换热方法具有叠加性，从而可以更大比例提高蒸发器的传热效率[1-3]。目前对重力供液蒸发器的研究很少，因此这里应用R404A制冷剂对重力供液蒸发器进行了实验研究。

　　1 重力供液蒸发器换热特性数学模型

　　湿式冷却时，水蒸气的凝结有利于换热系数的提高，但管外的冰壳及水膜也使传热系数降低，由于冰或水膜的存在使空气流动阻力增加、流量减少，故流换热系数也要降低，综合考虑上述因素后，蒸发器的传热系数为：

　　式中，αi—管内制冷剂放热系数，W/(m2.K);αof—干式冷却时空气侧放热系数，W/(m2.K);ξ —析湿系数，考虑水蒸气凝结对αof的影响系数; ξe—修正系数，ξe=0.8~0.9，是考虑冰壳或水膜使空气阻力增加、风速下降从而使空气侧对流换热系数降低的系数;γi、γof分别为管内表面的污垢系数、翅片侧污垢系数;λ、λu分别为管壁导热率和霜导热率，取λ=203.5W/(m.K)，λu=1.2W/(m.K);δ、δu分别为管子壁厚和一个融霜周期的平均霜厚度;Aof、Af、Ab分别为管外的总表面积、翅片表面积和铜管表面积。

　　1.1 空气侧换热系数的计算

　　翅片管束外侧空气的换热系数可按下式计算

　　式中，c, n—系数，顺排时，c=0.096, n=0.72;b—肋片间距，m;d0—肋片管外径，m;h—肋片高度，m;u—空气在管束最窄截面上的流速，m/s;v—空气的运动粘度系数，m2/s;λ—空气的导热率，W/(m.℃)。

　　1.2 制冷剂侧表面放热系数

　　J.Chawla[4]提出的对流蒸发关系式，认为当蒸发器管内制冷剂处于对流蒸发状态时，传热系数主要地依赖于流速。重力供液蒸发器是以提高制冷剂的质量流速强化蒸发器换热的，尤其在低温工况下制冷剂流速对蒸发器制冷剂侧放热系数起着决定的作用，考虑选用J.Chawla的关系式计算制冷剂的沸腾放热系数，质量流速G决定α的大小，α随G的提高而大幅度增大，因此可选用下面的关联式：