E冷冻油在喷淋式蒸发器中的影响.docVIP

冷冻油对R134A和R22管束喷淋蒸发换热性能的影响 Shane A Moeykens Michael B. Pate 翻译：huym  摘要 本文研究冷冻油对喷淋蒸发换热性能的影响。用制冷剂R134A对强化冷凝管、强化沸腾管、低翅管和光管的三角形管束进行了实验，油品采用了R134A制冷剂常用的340-SUS聚酯油。分别以油相对于制冷剂/油混合物的质量百分比浓度1%和2.5%进行喷淋蒸发换热性能实验。制冷剂R134A的实验采用了2种喷淋量以便从数据中来解释液膜供应量的影响。对制冷剂R22与强化沸腾管束和光管束也进行了有限的实验，油品采用300-SUS 烷基苯油（alkyl-benzene）。 制冷剂经位于管束正上方的低压降宽角喷嘴喷淋在管束上。在R134A和 R22的实验中设置了制冷剂收集器，以便判断接触管束的制冷剂百分比。实验发现少量聚酯油对R134A制冷剂的换热性能产生了明显的增强。在本实验被评价的相关参数中，油浓度对壳侧换热系数的影响比液膜供应量更大。正如预测，相同饱和温度2C的无油R22的换热系数比无油R134A更高。但是，含1%聚酯油的R134A混合物对强化沸腾管束表面的换热系数，比含1%烷基苯油的R22混合物对强化沸腾管束表面的换热系数高。 介绍 工业用大型制冷机蒸发器的传统换热模式是池内沸腾。池内沸腾要求蒸发器中有很大的制冷剂充注量，成本不菲，特别是考虑到正进入工业应用的氯氟碳（CFC）新替代物质，成本更高。对传统满液式蒸发器的一种替代形式是喷淋式蒸发器。而且，相对于池内沸腾换热，喷淋式蒸发提供增强换热系数的潜力，并且能实质上减少给定容量机组的制冷剂充注量。过去的工作主要集中于水和氨。以下仅对卤代烃制冷剂的研究文献作一回顾。 Nakayama等人(1982)介绍了制冷剂R11竖板降膜换热实验。通过将实验台上的换热面旋转90度，该实验装置既能进行池内沸腾实验，也能进行降膜换热实验。其实验结果表明，对多孔核态沸腾表面和光滑表面的降膜实验所获得的换热系数比池内沸腾大。在降膜换热模式中，所测得的多孔核态沸腾表面换热系数几乎与供液量无关，管子不能润湿的情况除外。 有槽垂直表面的实验结果显示低过热度（TW-TS）蒸发是换热的主要模式。在蒸发占主导的换热状况下，换热系数与过热度无关（例如q”）.然而，只在流量接近0.2kg/(s.m)时才发现发生蒸发为主导的换热。当制冷剂供应量大于0.2kg/(s.m)时，有效成核增多，随热流密度的增加换热性能提高。当供应量低于此值时，换热性能随热流密度成反比变化。 Danilova等人（1976）评价了直径18mm的不锈钢光管的单管和管束在R22、R12和R113中的沸腾和非沸腾换热性能。该研究揭示蒸发占主导的换热状况下，换热系数与液膜供应量有关，而与热流密度及饱和温度几乎无关。在沸腾占主导的换热状况下，换热系数主要与饱和温度相关，但在过渡区（即蒸发和沸腾效应差不多）换热系数与液膜供应量、热流密度和饱和温度有关。在蒸发主导区发现降膜换热系数是池内沸腾的2到5倍。蒸发主导区发生在1~6KW/M2的热流密度范围内。Danilova也对排排之间的距离与管径的比值（S/D）对换热系数的影响进行了分析。S/D比值由1.1增加到1.5时比由1.5增加到2.0时换热系数增强得更多。在沸腾完全形成区，换热系数与S/D比值及液膜供应量完全无关。 设计喷淋蒸发系统的目标是在可能最低的供液量时能增加换热系数或至少等于池内沸腾的换热系数。一光管的单管研究（Moeykens和Pate 1994），调查了低液膜供应量的换热性能，并将直径19.1mm管的喷淋蒸发性能与池内沸腾系数进行了比较。在管壁热流密度为22.5 KW/M2的情况下，当液膜供应量为0.013kg/(s.m)时，喷淋蒸发换热性能低于池内沸腾。该管壁热流密度对应的过供比大约为4。液膜供应量0.013kg/(s.m)名义上相当于Nakayama等人(1982)的竖板研究的最低供液量。 评价冷冻油对换热性能的影响是重要的，因为许多工业制冷机都是制冷剂和油的混合物在流动。Moeykens等人（1995a）已经进行过制冷剂R134A和POE油的混合物浓度最大5%时的各种翅化管和强化管的单管实验研究。该研究揭示出液膜中的冷冻油产生的发泡作用对换热性能起到了增强作用。Dougherty和Sauer(1975)、Chaddock(1976)、Sauer等人(1978、1980)、 Stephan和Mitrovic(1975)、Wanniarachchi等人在以前的研究文献中介绍和讨论过池内沸腾发泡现象及其对换热的增强效果，但其过程机理没有被很好地理解。 Moeykens和Pate（1995）、Moeykens等人（1995b）介绍了无油134A