文档介绍：水平管内丙烷两相流动摩擦压降实验研究
主要内容
研究背景及意义
实验装置及原理
实验结果分析
小结
研究背景及意义
全球环境保护的背景下,天然制冷剂的使用再一次引起了人们的重视。HCs(碳氢化合物)以其优良的热力学特性以及制冷循环性能参数体现了很好的可替代性。
R290(丙烷)作为一种天然制冷剂, 具有良好的环境性能, 其ODP 值为零, 对臭氧层没有损害作用, GWP 值小于20, 符合当前对制冷剂环境性能的要求。
近年来,很多研究报道了使用自然工质丙烷(R290)作为空调制冷剂R22的有效替代物,并在许多范围内取得了有效应用。
而在制冷空调设备及热泵系统的设计中,对换热器的两相流压降的预测是很重要的工作。
对于两相流压降的精确预测不仅可以计算制冷系统的动力输送特性,同时也便于通过压力变化的特点来确定流动工质物性的变化,这对于制冷系统的设计及优化具有重要参考意义。
迄今为止,有关R290的水平管内沸腾换热压降的国内公开报道尚不多见,此方面的实验数据相对缺乏。
实验装置及原理
The schematic diagram of the experimental apparatus
传热测试段
压降测试段
两相流的总压降由三部分构成,即重力压降、流体加速压降及摩擦压降。其表达式为
ΔPtotal为管内流动总压降,本实验中为压差传感器直接测得;
ΔPstatic为因重力势差引起的压降,
ΔPmom为管内流体加速流动引起的压降,
ΔPfrict为流体与管壁间的摩擦压降。
水平流道中,静压头不变,重力压降为零,即ΔPstatic=0.
在绝热两相流动中,流体流经测试段时无相变引起的加速,加速压降为零,即ΔPmom=0.
故压差传感器测得的数值即为摩擦压降ΔPfrict。
Δptotal= ΔPfrict
两种主要的两相流摩擦压降的计算模型:
均相模型
分相模型
均相模型
均相模型是指将两相流混合物简化为均匀的流体流动,各基本参数取两相的平均值,并假设两相流速相等,两相之间达到热平衡状态,按单相流方法建立方程。均相模型摩擦压降可以表达为下面的式子:
假定管道内流过的是和两相流质量流量相同的液体时,则全液相摩擦压降为:
L为管长,D为管内径,G为质量流量。均相密度为
式中除了两相摩擦系数ftp以外,其他各项均可计算得到。为了求得ftp,需要确定单相摩擦系数。
全液相摩擦压降因子
此处,两相摩擦系数ftp和fLo可用光滑管区的Blasius公式计算:
依据Davidson公式,有
则有:
分相模型
分相模型的摩擦压降计算,建立在对表观单相摩擦压降修正的基础上。所谓表观摩擦压降,就是按折算介质流速来计算的摩擦压降,可分为四种情况:
全液相压降
全气相压降
分液相压降
分汽相压降
下面介绍两种常用的分相模型的计算关联式:
Friedel关联式
Lockhart & Martinelli关联式