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:123343
一种简化的CO2池沸腾换热关联式的分析与研究
刘圣春1刘江彬1宁静红1孙志利2
(,天津 300134;,天津 300072)
(Tel:**********,Email:******@tjcu.)
摘要从核态沸腾的角度分析了热流密度、压力、表面粗糙度及流体物性对换热系数的影响。总结了纯质的池沸腾换热关联式,通过对小热流密度和大热流密度范围下的换热分析得出CO2在小热流密度和大热流密度下的一种简化的换热关联式。通过将新的拟合公式值和预测关联式值进行比较,得到CO2的简化拟合公式值与理论关联式及实验拟合关联式的预测值的偏差在±16%之内。具有一定的通用性。
关键词 CO2;池沸腾换热;关联式
0 前言
CO2由于蒸发压力高(~),比热以及容积换热量大,故CO2更适用于小管径的换热器。目前已有较多的研究者进行了实验研究,并得到了比较成熟的结果。但是CO2管内流动时,容易发生干涸现象,导致换热效果出现恶化;同时,制冷剂中存在的少量润滑油,也会对小管径管内沸腾换热产生重大影响,使得换热系数剧烈下降[1]。与管内沸腾相对应的满液式蒸发器,由于换热壁面被制冷剂包围,不存在干涸现象,制冷剂与换热壁面接触充分;同时,CO2表面张力小,在相同蒸发温度下,更容易发生沸腾,所以CO2池沸腾换热系数更高,这类换热器可用于大型的制冷系统中。
由于管外池沸腾换热计算关联式种类繁多,有着不同的出发点和适用范围,但尚未有一种普遍接受的可以精确解释核态沸腾传热的计算方法。故本文在研究大量CO2管外池沸腾换热关联式的基础上,提出了分段简化的CO2池沸腾换热关联式。
1 换热关联式影响因素分析[2]
大空间池沸腾换热与汽泡的成长长大有重要的关系,沸腾过程中出现的汽泡将受到两种力的作用。一个是表面张力,一个是压力P。表面张力是使汽泡表面积缩小的力,因此,要使汽泡能在液体中存在和长大,不至因表面张力的作用而缩小以至消失,它内部的压力pv必须大于泡外液体的压力Pl(如果不计液体本身深度产生的静压力,pl就是沸腾液面的饱和压力)。当两种作用力处于平衡时,即
(1)
汽泡既不缩小也不长大,则上式就是汽泡存在的条件。如果压力差作用力大于表面张力,即
(2)
汽泡就能继续长大。
从汽泡受力的分析可进一步看出,汽泡内的饱和蒸汽压力为pv,相应的饱和温度为tv,则要使汽泡在液体中存在,周围液体的温度tl应大于或至少等于tv,又从受力的分析中可知pv >pl而与pl相应的饱和温度是ts,可见tl必须大于tv,所以沸腾液体必须具有一定的过热度
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国家自然科学基金资助项目(; )
汽泡才能存在和长大。
核态沸腾能够生成的汽泡核越多,则沸腾放热就越剧烈,而生成汽泡核的基本动力是沸腾温差。通过适当的公式推导,就可以从汽泡半径和沸腾温差的关系得出加热壁面上汽泡核生成时的最小半径如下:
(3)
式中,为表面张力,ρv为泡内的蒸汽密度,γ为饱和温度下的潜热,tw、ts分别为壁面温度和液体沸腾压力对应下的饱和温度。
热流密度对换热系数的影响
由公式3可以看出对于一定的沸