R134a/R125混合工质管外沸腾换热研究

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制冷剂的替代问题已成为当今全球共同面临的难题。由于混合工质具有优势互补的特性,以不完全卤化氟烃化合物(HFCs)组成的混合工质便得到了广泛的应用。目前,R134a作为过渡工质已被广泛应用于制冷系统,但由于其全球变暖潜能值GWP较高,约为1430(100年),所以它只能在一定程度上、一定时期内满足人们的需求,终将面临被淘汰的境地。R125作为典型的HFCs类工质,在众多混合工质中都有采用。蒸发器作为空调系统中的重要部件之一,提高其换热效率对于制冷机组的性能提高尤为重要。在制冷空调领域,满液式蒸发器内多发生泡态池沸腾现象。强化池沸腾换热,实现低温差沸腾传热,在合理利用现有能源和新能源的开发中具有重大的经济意义。本文针对光管和7根双侧强化管,在工况温度为10±0.05℃时,在纯R134a以及三种不同质量浓度配比的R134a/R125混合工质(其浓度配比分别为94%/6%、88%/12%、82%/18%)中,对池沸腾换热进行了实验研究和理论分析,主要结果如下:(1)在纯R134a和三种不同质量浓度的R134a/R125混合工质中,强化管的管外沸腾换热系数均高于光管。在纯R134a中,强化管管外沸腾换热平均强化倍数为4.33倍,而在含6%、12%、18%R125的R134a/R125混合工质中,强化管外沸腾传热系数相对于光管的平均强化倍数分别为3.49、2.94、2.71。表明随着R125质量浓度的增大,在R134a/R125混合工质中强化管的强化作用逐渐减弱。(2)强化管的管外沸腾表面传热系数不随强化管外齿密度的增加(或者减小)而增加,强化管外沸腾换热对于管参数具有选择性,当热流密度为93kW/m2时,存在最优齿密度值46fpi。(3) R134a/R125混合工质中管外沸腾换热系数随着热流密度的增大而持续增大,与纯工质管外沸腾换热系数变化趋势基本一致。随着混合工质中R125质量浓度的增加,光管和强化管管外沸腾换热系数均依次减小。在相同热流密度下,在含6%R125、12%R125和18%R125的混合工质中,光管外沸腾换热系数比纯R134a依次降低5%、8%和13%;而强化管外沸腾换热系数比纯R134a依次降低17%、29%和37%。强化管沸腾换热系数在混合工质中降低幅度比光管大得多。(4)在本文研究的雷诺数Re变化范围内(3104~5.6104),强化管水侧热阻和制冷剂侧热阻随雷诺数的变化关系与光管一致。在R134a/R125混合工质中,随着R125质量浓度的增加,制冷剂侧热阻依次增加,最高可以达到70%。所以当R134a中加入R125形成混合工质时,管外侧需要更进一步的强化。(5)对实验数据进行分析总结之后,基于纯工质的沸腾换热特性对R125的沸腾换热进行了假设,提出了二元混合工质管外沸腾换热系数预测关联式,在本文实验范围内,实验值与预测值的最大偏差不超过±20%,可以满足工程应用的需要。
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