氟乙烷（R161）及其润滑油混合物水平内螺纹管内流动沸腾换热特性研究

【摘要】：近几十年内,在世界对臭氧层破坏及温室效应的日益关注下,制冷与空调行业中制冷剂的替代研究成为一个热点问题。新型制冷剂R161是环保绿色制冷剂(ODP为0,GWP为12),具有优良的循环性能和传热性能,是R22、R407C等有高GWP值制冷剂的潜在替代品。目前,在制冷系统的换热设备中使用小管径强化管是增强换热器换热性能的有效手段之一,此外,润滑油的混入增加了制冷剂沸腾换热的复杂性。制冷剂/润滑油混合物在强化管内的沸腾换热特性研究,对于紧凑式蒸发器的设计开发,推动新型制冷剂的替代进程,具有重要价值。 本文从R161与R161/润滑油混合物在内螺纹强化管内沸腾换热的基础性问题着手,通过实验获得了沸腾换热系数和压降数据,从理论上分析了不同工况对换热与压降的影响,开发了适用于R161润滑油混合物在内螺纹强化管内沸腾的预测关联式,为预测润滑油对制冷剂R161在蒸发器中沸腾换热性能的影响提供了理论与实验基础。本文内容主要包括了以下几方面： (1)在原有实验装置的基础上,设计改造了适用于研究制冷剂/润滑油混合物在管内沸腾换热性能的实验装置。 (2)对R161在7mm内螺纹强化管内的沸腾换热和压降特性进行了实验研究。实验获得了饱和温度-5℃～8℃,热流密度11.76～52.94kW/m2,质量流速100～250kg/(m2s)范围内的换热系数与摩擦阻力。实验结果表明：1)R161当地换热系数随干度的增大而增大,并在干度为0.7-0.8时达到最大值；2)R161换热系数随质量流速、热流密度的增大而增大；3)R161在螺纹强化管内摩擦压降随质量流速的增加显著上升；4)R161在螺纹强化管内摩擦压降随热流密度的增大而增大；5)R161在螺纹强化管内摩擦压降随着饱和温度的降低而增大。 (3)对R161/润滑油混合物在7mm内螺纹强化管内的沸腾换热和压降特性进行了实验研究。实验获得了饱和温度-5℃～8℃,热流密度11.76-52.94kW/m2,质量流速100～250kg/(m2s),润滑油浓度1.5%-5.0%范围内的沸腾换热系数和摩擦阻力。研究结果表明：1)在低干度工况下,换热系数随平均油浓度的增大而增大,在高干度时,随着干度和平均油浓度的增大,换热系数迅速降低；2)润滑油的存在会增大压降,而且随着质量流速和干度的增大而增大；3)随着质量流速的增大,油对换热系数和摩擦压降产生的影响减小。开发了基于混合物物性的R161/油混合物在内螺纹管内的换热关联式,考虑了内螺纹结构对换热的增强作用,同时考虑了润滑油的存在对混合物物性的影响。 【关键词】：R161 润滑油 沸腾换热 内螺纹管 关联式
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB611
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 主要符号表8-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 课题背景及意义12-14
• 1.2 制冷剂胭滑油内螺纹管内流动沸腾换热特性的研究进展14-22
• 1.2.1 制冷剂/润滑油内螺纹管内流动沸腾换热特性的实验研究14-18
• 1.2.2 制冷剂/润滑油内螺纹管内流动沸腾换热关联式的开发现状18-22
• 1.3 制冷剂/润滑油内螺纹管内流动沸腾的压降特性的研究进展22-24
• 1.3.1 制冷剂/润滑油内螺纹管内流动沸腾的压降特性的实验研究22
• 1.3.2 制冷剂/润滑油内螺纹管内流动沸腾的压降模型研究现状22-24
• 1.4 课题来源24
• 1.5 本文的主要工作24-25
• 第2章 管内流动沸腾换热和压降特性测试实验装置25-38
• 2.1 R161/润滑油管内流动沸腾换热和压降特性测试实验装置25-33
• 2.1.1 已有的纯制冷剂管内流动沸腾换热和压降特性测试实验台25-27
• 2.1.2 R161/润滑油管内流动沸腾换热和压降特性测试台的搭建27-33
• 2.2 实验步骤与实验参数33-35
• 2.2.1 实验步骤33-34
• 2.2.2 实验参数34-35
• 2.3 实验内容35-38
• 2.3.1 实验样品35-36
• 2.3.2 实验测试管36-37
• 2.3.3 实验工况37-38
• 第3章 R161/润滑油混合物沸腾换热及压降特性实验结果分析38-97
• 3.1 沸腾换热及压降特性实验数据处理方法38-43
• 3.1.1 换热系数38-40
• 3.1.2 油浓度40-41
• 3.1.3 干度41-42
• 3.1.4 压降42-43
• 3.2 R161内螺纹管内流动沸腾换热及压降特性的实验结果分析43-60
• 3.2.1 R161内螺纹管内沸腾换热性能实验结果分析44-55
• 3.2.2 R161内螺纹管内沸腾流动压降实验结果分析55-60
• 3.3 R161/润滑油内螺纹管沸腾换热和压降特性实验结果分析60-95
• 3.3.1 R161/润滑油内螺纹管内沸腾换热性能实验结果分析60-92
• 3.3.2 R161/润滑油内螺纹管内沸腾流动压降实验结果分析92-95
• 3.4 本章小节95-97
• 第4章 R161/润滑油混合物内螺纹管内沸腾换热关联式研究97-117
• 4.1 R161/润滑油的基本物性计算97-103
• 4.1.1 润滑油物性97-100
• 4.1.2 R161基本物性计算100-101
• 4.1.3 R161/润滑油混合物的物性和热力学性质计算模型101-103
• 4.2 已有的内螺纹管内流动沸腾换热关联式对R161沸腾换热系数的预测性分析103-106
• 4.3 已有的内螺纹管内流动沸腾换热关联式对R161/润滑油换热系数的预测性分析106-112
• 4.3.1 已有的润滑油影响因子换热关联式与实验数据的对比分析106-108
• 4.3.2 已有的纯制冷剂在内螺纹管内的换热关联式预测值与实验数据的对比分析108-112
• 4.4 已有的内螺纹管内压降关联式对R161/润滑油压降的预测性分析112
• 4.5 基于已有关联式拟合适用于R161/润滑油内螺纹管内流动沸腾换热的新关联式112-116
• 4.6 本章小结116-117
• 第5章 结论与展望117-120
• 5.1 主要结论117-118
• 5.2 前景展望118-120
• 参考文献120-126
• 致谢126-128
• 攻读硕士期间取得的成果128

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