R410A-润滑油混合物小管径管内冷凝冷凝热换和压降特性的研究

摘要

采用小管径换热管是空调换热器小型化的重要手段。目前外径5mm的换热管已经被广泛地应用于空调换热器，且有采用更小管径换热管的趋势。在这些使用小管径的空调中，R410A是主要使用的制冷剂，而R410A空调系统中不可避免地需要润滑油来对压缩机进行润滑和密封，从而导致制冷工质实际上为R410A-润滑油混合物。如何计算含油制冷剂在相对小管径换热管的流动冷凝换热系数和压力损失，定量评价润滑油的混入对冷凝器性能的影响，对促进小管径换热管在小型化冷凝器设计中的工程应用具有重要价值。本文从含油制冷剂在换热管内的流动冷凝换热特性和压降特性等基础性问题的研究出发，以实验为手段，以开发工程应用换热及压降模型为目的，为预测润滑油对冷凝器换热性能、压力损失等的影响奠定了一定基础。研究取得了以下几方面的成果：
　　 1．设计并搭建了含油制冷剂管内流动冷凝换热及压降特性测试实验台。该测试装置可实现在线连续准确注油，为在空调工况范围内考察润滑油的混入对制冷剂管内流动冷凝换热和压降的影响提供了重要手段。
　　 2．对R410A-油混合物在小管径光管内流动冷凝的换热特性进行了实验研究，润滑油的存在总是恶化R410A的冷凝换热，并且恶化效果随着油浓度的增加而明显增加。基于混合物物性开发了新的关联式，新关联式的预测值与所有的实验数据误差在-30％～+20%以内，能够很好地预测R410A-油混合物在光管内的冷凝换热特性。
　　 3．对R410A-油混合物在小管径光管内流动冷凝的压降特性进行了实验研究，润滑油的存在总是降低R410A的冷凝压降，并且压降的降低随着油浓度的增加更加明显。基于混合物物性开发了新的关联式，新关联式的预测值与96%的实验数据误差在-20%-30%以内，能够很好地预测R410A-油混合物在光管内的冷凝压降特性。
　　 4．对R410A-油混合物在小管径强化管内流动冷凝的换热特性进行了实验研究，润滑油的存在总是恶化R410A的冷凝换热，并且恶化效果随着油浓度的增加而明显增加。推荐Yu and Koyama(1998)关联式用于预测R410A-油混合物强化管内流动冷凝的换热特性，关联式的预测值与所有的实验数据误差在-15%～+20%以内，能够很好地预测R410A-油混合物在强化管内的冷凝换热特性。
　　 5．对R410A-油混合物在小管径强化管内流动冷凝的压降特性进行了实验研究，润滑油的存在在干度小于0.6时会降低R410A的冷凝压降，在干度大于0.6时会增加R410A的冷凝压降。基于混合物物性开发了新的关联式，新关联式的预测值与94%的实验数据误差在-30%～+30%以内，能够很好地预测R410A-油混合物在强化管内的冷凝压降特性。
　　 最后给出本文由于时间关系尚没有深入研究的问题以及将来应重点关注的相关研究方向。