花瓣形翅片管螺旋隔板冷凝器传热研究

摘要

R22对臭氧层具有巨大破坏作用,为了保护人类生存的环境,淘汰R22是势在必行。到目前为止,R22的替代制冷工质主要有R134A、R410A和R407C,但这三种制冷工质的传热性能不及R22,这就要求采用强化传热技术提高其传热性能。螺旋隔板花瓣管冷凝器的螺旋隔板能使流体在壳程形成螺旋柱塞流,有效降低压降；花瓣管独特的三维翅片结构能有效强化制冷工质的冷凝传热。 本文实验研究了冷凝温度分别是34℃、39℃时,R22、R134A、R410A和R407C在螺旋隔板花瓣管冷凝器壳侧的冷凝传热性能。通过测量冷凝器管程进出口温度、壳侧进口饱和蒸汽温度和出口冷凝液温度,计算出冷凝器的总传热系数,利用花瓣形翅片管管内传热膜系数经验公式计算出管程对流换热系数,最后用热阻分离法计算出壳程冷凝传热膜系数。通过误差传递公式分析,对以实验数据计算得出的螺旋隔板花瓣管冷凝器的总传热系数K的相对误差进行了分析,结果表明：本实验冷凝器的总传热系数K的相对误差为5.3％。 本文实验结果表明,螺旋隔板花瓣管冷凝器能有效提高R22、R134A、R410A和R407C的传热性能。因为花瓣管不仅能增加换热面积,而且能强化冷凝液表面张力作用,减薄冷凝液膜,促进蒸汽的湍动与混合,从而强化冷凝传热。在本文实验范围内(冷凝温度为34℃和39℃,热流密度为7000～21000W/m2),制冷工质R22、R134A、R410A和R407C在螺旋隔板花瓣管冷凝器壳侧的冷凝传热膜系数分别是弓形隔板光滑管冷凝器冷凝传热膜系数的1.33-2.91倍、1.57-2.85倍、1.94-5.76倍和1.31-1.92倍。 通过对本文实验数据的拟合,分别得到了制冷工质R22、R134A、R410A和R407C在螺旋隔板花瓣管冷凝器壳侧冷凝传热的经验关联式,在本文实验范围内的最大偏差分别是9.9％、15.3％、14.2％和2.9％,可以为该类型冷凝器的工业应用提供设计参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2管壳式换热器强化传热的方法

1.2.1管程强化传热

1.2.2壳程强化传热

1.3管外冷凝换热

1.3.1膜状冷凝

1.3.2滴状冷凝

1.3.3影响冷凝传热的因素

1.3.4管外冷凝传热强化管的选择

1.4制冷工质管壳式冷凝器研究进展

1.4.1换热器的结构对传热性能的影响

1.4.2冷凝换热过程的模拟与计算

1.5花瓣形翅片管螺旋隔板冷凝器的冷凝传热强化分析

1.6本文的研究内容和创新

1.6.1本文的研究内容

1.6.2本文的创新之处

第二章实验系统与操作

2.1实验流程

2.2冷凝器

2.2.1冷凝器型式的选择

2.2.2花瓣管和管束

2.3制冷工质

2.4实验和测量方法

2.4.1实验方法

2.4.2实验测量和步骤

2.4.3实验操作

2.5本章小结

第三章数据处理和误差分析

3.1实验数据处理

3.1.1热负荷的计算

3.1.2总传热系数的计算

3.1.3管程雷诺数的计算

3.1.4管内对流传热系数的计算

3.1.5管外冷凝传热膜系数的计算

3.1.6光管管束外的冷凝传热膜系数的计算

3.1.7花瓣管管束外冷凝传热膜系数的关联

3.2实验误差分析

3.3本章小结

第四章实验结果与分析

4.1冷凝器的总传热系数

4.1.1热流密度对总传热系数的影响

4.1.2冷凝温度对总传热系数的影响

4.1.3制冷工质对总传热系数的影响

4.2冷凝传热膜系数

4.2.1冷凝温度对冷凝传热膜系数的影响

4.2.2热流密度对冷凝传热膜系数的影响

4.2.3制冷工质对冷凝传热膜系数的影响

4.3螺旋隔板花瓣管冷凝器的冷凝传热强化

4.3.1 R22的冷凝传热强化

4.3.2 R134A的冷凝传热强化

4.3.3 R410A的冷凝传热强化

4.3.4 R407C的冷凝传热强化

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢