倾角对细薄膜蒸发传热特性影响的实验研究 董景明.doc

中国工程热物理学会 传热传质 学术会议论文 编号： 倾角对细薄膜蒸发传热特性的研究 董景明，潘新祥 （大连海事大学轮机工程学院 大连 116026） (Tel: E-Mail:dmudjm@) 摘要：研究结果将为细薄膜蒸发机理的进一步研究提供参考。 关键词：细薄膜蒸发；传热特性； 0 前言 随着科技的快速发展，仪器设备所需的能量和能量密度随之显著增加。细薄膜蒸发作为一种高效的传热方式越来越受到重视。Peterson和Ma[]针对微型热管三角形沟槽内的细薄膜蒸发建立了数学模型，该模型可用来计算三角形沟槽的最大传热量和弯月面区的曲率。Hallinan[]建立了一个四阶的常微分方程来求解杨-拉普拉斯方程，获得了细薄膜厚度轮廓，并讨论了过热度对细薄膜轮廓的影响。曲伟等[]的研究表明在毛细管内的相变传热机理为薄液膜的传热和表面蒸发，其中表面蒸发主要是受蒸汽温度、汽-液分界面上的温度和汽液压力差的控制。汽液的流动机理主要是流动受脱离压力、毛细力梯度的控制。王金亮[]对微毛细管内的蒸发传热过程进行了理论分析，提出了计算蒸发传热系数的方法，并进行了相关的计算。结果表明，传热主要发生在细薄膜蒸发区，虽然过细薄膜蒸发区面积非常小，但其换热系数却非常高。最近，[5]探索了烧结铜粉增加铜管内表面蒸发面积的方法对细薄膜蒸发器的影响。目前大多数研究人员多采用超纯水作为制冷工质进行细薄膜蒸发的研究，而R134a等常用制冷剂在细薄膜蒸发中较少应用。因此，R134a为工质的细薄膜蒸发器，同时将其与压缩式制冷系统和量热系统相结合，对以R134a为工质的细薄膜蒸发器的传热特性进行了深入研究，研究结果将为细薄膜蒸发机理的进一步研究提供参考。 1 本实验的系统结构图如图1所示。实验系统可分为三个部分，分别是蒸发器、参数测量系统、辅助设备。本实验采用平行流蒸发器，相对常用的盘管式蒸发器仅在蒸发器末端因冷剂液体较少而形成蒸发细薄膜，平行流蒸发器没跟蒸发管内的环状流区域均能形成蒸发细薄膜，换热效果倍增。系统内制冷剂在集液管作用下被均匀分配到长度为300mm的10根蒸发管中，管径D为10mm，对于平行流蒸发器，蒸发管进液量的均匀程度会影响蒸发器的性能，进液不均时会降低蒸发器的功率[6]，本实验中对蒸发器的集液管和蒸发管进行了改进，如图2所示，使蒸发器进口集液管内径大于蒸发管内径，蒸发管中心线和集液管中点相交，此种设计可确保在集液管下部形成一个“积液槽”，液态制冷剂在进入集液管后需先填满“积液槽”才能“溢出”，进入蒸发管，这种结构能最大限度的增加冷剂分布的均匀性。实验中的蒸发管分为普通光管和V型沟槽管2种。 图1实验系统结构图 图2 蒸发器进液端连接块结构 本实验采用T型热电偶采集蒸发器进出口管壁的温度，采用Rosemount3015型压力传感器测量蒸发器进出口的压力变化。电加热功率输出装置由手调式变压器和石英加热板组成，功率测量由PZ200P-5K1型功率测量仪完成，上述装置共同组成量热器以测量蒸发器的蒸发功率。实时数据由Agilent34972A数据采集仪、配套数据采集卡和电脑进行采集、存储、记录。系统的辅助设备包含Donper L65cz型制冷压缩机，JULABO FL2503型恒温水浴，ETAB25型钎焊板式热交换器和丹佛斯T2型热力膨胀阀等。 2 实验方案 本实验通过测量不同工况下细薄膜蒸发器各蒸发管出入口壁温，蒸发压力，量热器加热功率等参数，由此计算出系统中蒸发器对数平均换热温差，换热系数等参数，并对比、分析各参数随工况产生的变化。 本文实验系统采用电加热板和导热铜板组成量热器，测量蒸发器的制冷量。本实验蒸发温度范围-15~10℃，系统冷凝温度为32℃。定义系统蒸发温度为te，蒸发功率即量热器的电加热功率记为Q，蒸发器与外界加热铜板的对数平均传热温差为△t1，蒸发器进出口外壁温差为△t2，K为平均传热系数，蒸发器加热板对应加热段长度l为265mm,实际加热面积A为0.08321㎡。其中K=Q/（A*△t1）。在-15~10℃的蒸发温度范围内，每5℃为一组，待系统工况稳定时，即系统冷却水温度和系统压力稳定，当蒸发温度维持在设定值偏差约0.5℃时，对实验数据进行实时采集。 3结果与讨论 图3不同倾角下细薄膜蒸发器的蒸发功率随蒸发温度的变化 图4 0-6°倾角下细薄膜蒸发器换热系数随蒸发温度的变化 图4为0~6°倾角下蒸发器换热系数随蒸发温度的变化曲线。由图可知， 4结论： 本文对不同倾角下细薄膜蒸发器的传热性能