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节能 2006 年第 6 期

— 4 — ENERGY CONSERVATION (总第 287 期)
微型螺旋管蒸发器的沸腾换热与阻力特性实验研究
王林,崔廷,孙翠霞,汪洪伟,俞坚,马重芳
(北京工业大学强化传热与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京重点实验室,北京 100022)
摘要:设计、制造并测试了一种微型螺旋管蒸发器。对微型螺旋管蒸发器的沸腾换热与阻力特性进行了
实验研究。根据实验数据获得雷诺数在 1460~10000 范围内流阻系数与雷诺数的计算关系式。实验结
果表明,这种微型蒸发器换热量超过 300W。
关键词:微型蒸发器;螺旋管;沸腾;换热;阻力;R134a
中图分类号: TK172 文献标识码:A 文章编号:1004 - 7948(2006) 06 - 0004 - 03
1 引言验段入口和出口处的流体温度。实验段的制冷剂侧
螺旋管换热器具有结构坚固、适应性强、选材范入口压力用一个量程为 0~1MPa 的压力传感器测
围广、易于制造、生产成本低等优点,被广泛用于制量。实验段的制冷剂侧进/ 出口单相流动压降用量
冷与空调、化工、医药等行业。目前,国内外许多学程为 0~6kPa 的差压变送器测量,沸腾流动压降用
者对采用常规通道(水力直径大于 3mm) 的螺旋管量程为 0~20kPa 的压差变送器测量。制冷剂侧流
换热器的特性有了比较深入的研究[1~3 ] ,然而,至量采用量程为 2~20kg/ h 的科里奥利质量流量计测
今很少见到采用微小通道(水力直径在 10μm ~ 量。水流量在低于 40l/ h 时采用称重法测量;高于
3mm 之间) 的螺旋管式换热器的相关研究报道。 40l/ h 时采用 40~250l/ h 的涡轮流量计测量。上述
本文设计加工了一种微小通道的螺旋管蒸发实验数据由 HP34970A 数据采集系统进行采集。所
器,制冷剂采用 R134a ,实验研究了微小型螺旋管蒸采用仪器的测量精度为:温度± 0 1 ℃,压力和压差
发器的沸腾换热与阻力特性。为± 0 25 %FS ,制冷剂质量流量± 0 5 %FS ,水的体
2 实验装置积流量± 1 %FS。
微型蒸发器换热实验系统包括制冷剂循环系统 3 数据处理方法
和水循环系统,实验系统如图 1 。制冷剂在螺旋管内单相流动的流动阻力系数 f
实验件是一种高效、紧凑型的蒸发器———螺旋按下式计算:
管蒸发器( 见图 2) , 重量为 150g。它是由外径 l ρu2
ΔP = f · ·
4mm ,厚 0 75mm 的紫铜管绕制成管心距为 20mm d 2
式中Δ—螺旋管内压降
的螺旋共 8 圈,并固定在盖板和壳体底板之间构成 P ,Pa ;
的换热器。传热管的两端分别与进口管和出口管连 u —制冷剂在螺旋管内流动的流速,m/ s ;
—螺旋管长
接。螺旋管内的流体在运动过程中作圆周运动,离 l ,m ;
心力的作用使流体沿圆周形成“二次流”,二次流与 d —螺旋管内径,m。
沿管轴向的主流运动相互叠加改变了管内流动的速螺旋管蒸发器两侧换热量采用下列方程计算:
[4 ] ·
度场和温度场,从而使传热得到强化。在管外螺 Q 1