文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123576
CO2/丙烷混合工质水平管内流动沸腾
换热特性研究
魏兆福,赵然,吴晓敏*,黄秀杰,姜培学,王维城
(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京市CO2资源利用与减排技术重点实验室,北京,100084)
(Tel:(010)6277-3413, Email: ******@.)
摘要:本文研究了CO2/丙烷混合工质的流动沸腾换热特性,实验段为内径2 mm的水平光管。实验条件为:混合物中丙烷质量分数0~100%;初始蒸发温度0~10 oC;热流密度5~15 kW/m2;质量流速200~400 kg/(m2s)。结果表明:CO2/丙烷混合工质的换热系数介于两种纯净物之间,随着混合物中丙烷含量的增加换热系数减小;质量流速、热流密度或初始蒸发温度的增加均能引起换热系数的增加。
关键词:CO2/丙烷;混合工质;水平管;流动沸腾
0前言
随着臭氧层破坏和全球变暖问题的日趋严峻,CO2 (R744)和丙烷(R290)等自然工质越来越受到关注,但CO2过高的工作压力及丙烷的高可燃性对其应用有不利的影响;而将CO2和丙烷按一定比例混合得到的混合制冷剂用于自复叠制冷系统,既可降低制冷系统的工作压力,又可降低工质的可燃性[1]。目前有关CO2/丙烷混合工质的管内沸腾换热特性鲜有报道,所以本文对其进行了研究。
1实验装置及实验方法
CO2/丙烷混合工质管内沸腾换热的实验装置如图1所示,从储液罐流出的工质经过循环泵后进入质量流量计进行质量流速的测量,之后工质会进入预热段,通过调节预热段电压使工质加热到实验预定的温度工况和所需的干度(此时为气液两相),之后进入实验段,通过调节直流稳压电源保证实验预定的热流密度使工质蒸发,然后工质进入冷凝段,被初步冷凝之后进入储液罐进一步过冷,之后再进入循环泵进而形成一个完整的循环。其中,实验段(蒸发段)为内径与外径分别为2 mm以及3 mm的不锈钢管。
本实验要测量的主要参数有:工质的流量,工质温度,实验段管道的外壁面温度、实验段进出口压差和实验段出口压力等。工质的流量采用质量流速计测量得到。实验段管道的外壁面温度采用T型热电偶测量, oC,管道上共设置三个测温点,每个测温点在上、下、左、右各布置一个热电偶来测量管壁温度。三个测温点采用中心对称布置,相隔为100mm,根据三个测量点测量的温度,可以确定轴向导热的大小以及方向。实验段进出口压差与实验段出口压力分别使用压差变送器以及压力变送器测量。
资助项目:国家863计划(NO. 2006AA05Z416),国家973计划()
图1 实验系统示意图
2数据处理
工质干度x可以通过热平衡计算得到,
其中,为预热段实际加热量;为实验段实际加热量;为测量点到实验段入口直流电源触点的距离, m为加热段总长度;为质量流量;为工质的液相定压比热容;为预热段入口工质温度;为工质的汽化潜热。
工质温度根据测点处的压力计算得到,
其中,和是实验段测量点处压力对应的泡点温度和露点温度,测量点压力可由实验段出口压力和进出口压差线性差值求得。
换热系数用牛顿冷却公式计算,
其中,为热流密度;为内壁面温度,利用带内热源的圆周