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能源产业是我国经济的重要支柱产业,能源行业的可持续发展至关重要,采用高效节能的换热设备是实现可持续发展的重要举措,但在经济可持续发展过程中环境保护同样不应该被忽略,考虑到不同制冷剂会对环境造成破坏,故在提高单管的换热效率的同时选择对环境危害小的制冷剂已成为研究热点。提高单管的换热效率一种做法是将沸腾换热引入到单管换热之中,因为沸腾是两相换热的重要组成形式,两相换热的效率明显高于单相换热,另一种做法是研究不同强化管对换热的影响。由于R32对环境的危害小于R22,因此首先研究了R32在光管中的流动沸腾换热,然后研究R32在不同竖凹槽内螺旋波纹结构下的流动沸腾换热,同时研究了此种强化结构在不同管径下的强化表现,得到不同管径下的最优竖凹槽数量,最后进行了R32和R22在最优强化结构下的流动沸腾换热特性比较,为R32替代R22提供理论基础。具体的研究内容如下:1.为了研究R32在套管结构中流动沸腾现象以及不同因素对其影响,选用Mixture多相流模型对R32在光管管径3、4、5、6和7 mm的水平套管结构内流动沸腾进行换热模拟,建立了三维稳态套管沸腾换热模型。R32在内管流动沸腾,水在外管流动,通过外管水的加热使内管R32发生沸腾。研究R32侧表面换热系数和内管压降在内管流速、管径、管外雷诺数、饱和温度下的变化规律,结果表明:R32侧表面换热系数和内管压降都随着内管流速的增大而增大;管外雷诺数对内管压降基本无影响,而R32侧表面换热系数随管外雷诺数的增大而减小;R32侧表面换热系数与内管管径成正比例,内管压降与内管管径成反比例;R32侧表面换热系数基本不受饱和温度影响,内管压降却与饱和温度成正比例,其原因是R32的热物性发生变化。对套管中R32侧表面换热系数影响最大因素是内管流速,其次是管径、管外雷诺数、饱和温度;对内管压降大小影响的因素依次是内管流速、管径、饱和温度、管外雷诺数。2.建立5 mm内管管径下的不同数量竖凹槽内螺旋波纹管三维稳态沸腾换热模型,对R32在管内的流动沸腾进行模拟研究。结果表明:同光管相比,内螺旋波纹结构强化了沸腾换热但增大了内管压降,表面换热系数和内管压降分别提高至光管的147%和221%。随着竖凹槽数量的增加,竖凹槽内螺旋波纹管的表面换热系数和内管压降均先增大后减小,竖凹槽数量为16时均达到最大值,分别为光管的157%和261%。此外,通过比较不同数量竖凹槽内螺旋波纹管的强化沸腾效果与泵功率损耗的关系（Performance Evaluation Criteria,PEC）,发现竖凹槽数量16时,PEC为最大值（1.523）,因此,竖凹槽数量为16时,5 mm内管竖凹槽内螺旋波纹管性能最优。3.对内管管径为3、4、5、6、7 mm的不同管径竖凹槽内螺旋波纹管进行沸腾换热模拟研究。结果表明:同光管相比,内螺旋波纹结构强化了沸腾换热但增大了内管压降,表面换热系数和内管压强分别提高至光管的160%、150%、147%、138%、130%和240%、230%、221%、202%、200%,此外,当内管强化结构保持不变时,内管强化结构对表面换热系数和内管压降的强化程度均随着管径的增大而减小。随着竖凹槽数量的增加,竖凹槽内螺旋波纹管的表面换热系数和内管压降均先增大后减小。通过比较不同数量竖凹槽内螺旋波纹管的强化沸腾效果与泵功率损耗的关系（PEC）,发现在内（外）管内径分别为3、4、5、6、7 mm,6.2、7.2、8.2、9.2、10.2 mm、内（外）管壁厚度为0.2 mm和内螺纹高度0.3 mm下,竖凹槽数量为10、12、16、18、20时竖凹槽内螺旋波纹管的换热性能最佳。与此同时还发现在凹槽数量和竖凹槽内螺旋波纹结构高度相同时,不同管径下的PEC并不相同,表明同种竖凹槽内螺旋波纹结构在不同管径下的强化作用并不相同。4.以不同数量竖凹槽的内螺旋波纹管的三维稳态沸腾换热模型为基础,探究竖凹槽内螺旋波纹管内R32、R22的沸腾换热特性。研究了3、4、5、6、7 mm内管管径下R32、R22侧表面换热系数和内管压降在内管流速、管外雷诺数、饱和温度下的变化规律,结果表明:R32、R22侧表面换热系数和内管压降都随着内管流速的增大而增大,在低内管流速时,R32表面换热系数为R22的1.3倍,同时两者内管压降相接近,但在高内管流速时,R22表面换热系数为R32的1.3倍,但是其内管压降为R32的1.1倍;管外雷诺数对内管压降基本无影响但内管压降随着管径的减小而增大,R32、R22侧表面换热系数随管外雷诺数的增大而略微增大,其中R32的表面换热系数为R22的1.48倍,R22的内管压降为R32的1.21倍;R32、R22侧表面换热系数随饱和温度的变化较小,两者的内管压降均随着饱和温度减小而略微增大,在饱和温度变化时,R32的表面换热系数为R22的1.5倍,R22的内管压降为R32的1.25倍,R32相比于R22具有更大的表面换热系数和更小的内管压降。