李望

摘 要：文章針對(duì)三種不同外徑的內(nèi)螺紋銅管，在空調(diào)工況下開(kāi)展流動(dòng)換熱實(shí)驗(yàn)研究，以獲得平均蒸發(fā)換熱系數(shù)和壓降性能。實(shí)驗(yàn)選用的制冷工質(zhì)為新型環(huán)保制冷劑R410A。實(shí)驗(yàn)的工況條件為：制冷工質(zhì)蒸發(fā)飽和溫度為6℃±0.2℃，蒸發(fā)段入口處制冷工質(zhì)干度為25%，蒸發(fā)段出口處制冷工質(zhì)過(guò)熱度為8℃±0.2℃。質(zhì)量流速為200kg/m2.s～550kg/m2.s?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，比較了不同外徑內(nèi)螺紋管的平均蒸發(fā)與冷凝換熱系數(shù)和壓降，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：不同外徑;內(nèi)螺紋銅管;換熱系數(shù);壓力損失

中圖分類號(hào)：TB657.2;TK124文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）06-003-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.002

能源的儲(chǔ)量日益減少，工業(yè)發(fā)展和居民生活對(duì)能源的需求卻一直在提高，人們?cè)诓粩鄬ふ姨娲茉吹耐瑫r(shí)，也在努力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，不斷提高能源的利用效率。研發(fā)人員都在探索不同的換熱結(jié)構(gòu)以提高能源利用效率，這也被證明是提高能源利用效率的重要手段之一，屬于強(qiáng)化傳熱范疇。該研究中，針對(duì)Φ5mm、Φ6.35mm和Φ7mm三種不同外徑的內(nèi)螺紋銅管，應(yīng)用冷媒R410A進(jìn)行了平均蒸發(fā)和壓力損失的實(shí)驗(yàn)研究，為新管型的研發(fā)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是壓縮制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括三個(gè)部分：制冷劑回路、水回路及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

在換熱方式上采用套管式，即制冷劑在實(shí)驗(yàn)管內(nèi)部流動(dòng)，冷卻水在外側(cè)環(huán)形水套中流動(dòng)，二者逆向流動(dòng)換熱。

1.2 制冷劑回路

實(shí)驗(yàn)裝置采用壓縮制冷系統(tǒng)，即高溫高壓的制冷劑蒸汽從變頻壓縮機(jī)排氣口排出;之后通過(guò)油分離器分離，然后經(jīng)過(guò)預(yù)熱器被加熱到一定的溫度;隨后進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)段，通過(guò)與外側(cè)水套中的冷凝水換熱而冷凝;之后過(guò)冷液進(jìn)入儲(chǔ)液罐，從儲(chǔ)液罐出來(lái)的制冷劑通過(guò)干燥過(guò)濾器，隨后進(jìn)入質(zhì)量流量計(jì)，此處可以測(cè)得制冷劑流量。然后進(jìn)入電子膨脹閥形成氣液兩相的制冷劑，隨后進(jìn)入蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)段，通過(guò)與管外水套蒸發(fā)進(jìn)行換熱，成為具有一定過(guò)熱度的蒸汽，之后過(guò)熱蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)完成制冷劑循環(huán)。

1.3 水回路

實(shí)驗(yàn)裝置的水回路包括冷凝水回路和蒸發(fā)水回路。兩個(gè)水回路均包括恒溫水浴、水泵、電磁流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、實(shí)驗(yàn)段水套及連接管路等。實(shí)驗(yàn)段水回路循環(huán)過(guò)程：水從水泵泵出后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段水套與實(shí)驗(yàn)管中的制冷劑換熱，回路上接有電磁流量計(jì)可測(cè)得水流量。恒溫水浴由水箱外接壓縮機(jī)與板式換熱器，與空氣進(jìn)行換熱維持。

在文章開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用的溫度傳感器均為高精度PT100鉑電阻。溫度傳感器的安裝采用鎧裝方式，分別使用德國(guó)科隆的質(zhì)量流量計(jì)和日本橫河的電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量制冷劑工質(zhì)和冷凝水的流量，所有使用的流量計(jì)誤差均在0.2%以內(nèi)，壓力傳感器誤差均在0.25%以內(nèi)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用國(guó)外進(jìn)口的安捷倫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以記錄到小數(shù)點(diǎn)后三位。

制冷劑回路中針對(duì)制冷劑各量的測(cè)量，是用來(lái)計(jì)算制冷劑的平均換熱系數(shù)及壓降數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)管進(jìn)出口處布置溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器，測(cè)得制冷劑進(jìn)入實(shí)驗(yàn)管道及流出實(shí)驗(yàn)管道的溫度、進(jìn)口壓力、制冷劑前后的壓差。制冷劑流出實(shí)驗(yàn)管道后，流過(guò)高精度的質(zhì)量流量計(jì)測(cè)得流量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文章采用威爾遜熱阻分離法[1]來(lái)獲得整個(gè)實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的平均對(duì)流換熱系數(shù)，即通過(guò)熱阻分離來(lái)間接計(jì)算一定工況條件下，制冷劑的平均對(duì)流換熱系數(shù)。

文章所用水和制冷劑的物性均由Refprop軟件直接調(diào)用獲得。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同內(nèi)徑管內(nèi)蒸發(fā)換熱系數(shù)和壓力損失隨質(zhì)量流量變化曲線如圖1所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定度評(píng)定

在該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的參數(shù)測(cè)量中，主要包括冷凝劑制冷劑進(jìn)出口溫度和冷凝水進(jìn)出口溫度，制冷劑進(jìn)口壓力及進(jìn)出口壓差，制冷劑流量測(cè)量和冷凝水流量測(cè)量。水側(cè)和冷媒側(cè)的換熱量偏差≤5%時(shí)，才被認(rèn)為是合格有效數(shù)據(jù)。

文章實(shí)驗(yàn)參數(shù)中的溫度、壓力和水側(cè)以及冷媒側(cè)的流量參數(shù)是實(shí)測(cè)得到，總換熱量和總換熱系數(shù)是通過(guò)以上參數(shù)計(jì)算得出。管外換熱系數(shù)和管壁熱阻是通過(guò)國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，因此，文章僅對(duì)一組冷凝實(shí)驗(yàn)的總換熱量和綜合換熱系數(shù)，進(jìn)行B類不確定度評(píng)定。經(jīng)計(jì)算，總傳熱系數(shù)的相對(duì)不確定度為2.8%。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析三根不同管徑的內(nèi)螺紋銅管的蒸發(fā)換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

對(duì)于工質(zhì)R410A，三根管子的蒸發(fā)換熱系數(shù)隨質(zhì)量流速的增大而增加。

對(duì)于工質(zhì)R410A，三根管子的蒸發(fā)壓力損失隨質(zhì)量流速的增大而增加。

三根管子中，同樣的質(zhì)量流速下，管徑越大換熱系數(shù)也越大。

三根管子中，同樣的質(zhì)量流速下，管徑越大壓力損失越小。

參考文獻(xiàn)

[1] Wellsandt S，Vamling L.Evaporation of R407C and R410A in a horizontal herringbone microfin tube：heat transfer and pressure drop[J].International journal of refrigeration，2005，28（6）：901-911.