临界热流密度流体模化方法与分析

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1、节能2010年第2期一26一ENERGYCONSERVAT10N(总第331期)临界热流密度流体模化方法与分析韩吉田，张金霞，陈常念，邵莉。(1．山东大学能源与动力工程学院制冷与低温工程研究所，山东济南250061；2．潍坊市建筑设计研究院，山东潍坊261031)摘要：为比较模化工质和实际工质的参数，计算R12、R22、R123、R134a、水在液气密度比172～4条件下的压力变化范围，简单介绍流体模化理论基础并评述已有典型临界热流密度流体模化模型的特点。分析认为氟利昂类物质汽化潜热低，温度压力参数比高温高压水蒸气低一个数量级，作为模化工质可降低实验困难70％～80％，

2、节能80％左右，考虑到环保性能，替代制冷剂R134a等可作为理想的模化工质。最后讨论了CHF流体模化方法理论和实验方面的几个问题及其改进方向。关键词：临界热流密度；相似理论；流体模化方法；制冷剂中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1004—7948(2010)02—0026—0320世纪6O年代，英国人Barnett首次提出了引言CHF的流体模化，1964年，Stevens和Kirby等晗]临界热流密度(CHF)是沸腾危机发生时传热依据流动工质的热平衡关系，将水等效压力下的氟突然恶化时的高热流现象，因此，强制对流沸腾的利昂CHF数据与水CHF数据进行了直接的模

3、化临界热流密度往往被视为换热设备设计、运行的重对比。20世纪70年代流体模化技术有了较大发要监视参数，如直流锅炉、反应堆、蒸发器、火箭引展，针对核反应堆应用的流体模化工作取得了长足擎等领域。对管内水的强制对流沸腾CHF的理论的进步，1973年，Ahmad发展了补偿失真模型3J。和实验研究已有50多年的历史，已发展了许多预之后，X．Cheng和U．Muler研究了定位格架对棒测模型和方法¨J，但是由于CHF现象本身的复杂束中临界热流密度流体模化的影响j。1984～性，其机理尚不能被精确的数学方程所描述。作为1988年，清华大学张振杰和鲁钟琪等修正了Ah．实验研究，高温高压

4、条件下的实型实验投资巨大，mad的补偿失真模型，并发展了一组新的比例模化难于控制，且实验安全得不到保障，这时低潜热和因子，推动了流体模化技术的发展J。近年来，中低临界参数的流体，便为人们所采用以代替水进行国核动力设计院陈军、陈炳德等针对反应堆棒束通模化实验来研究特定流道的传热特性提供了一种道流体模化做了大量工作J。最近，SongKyu节能、可靠、安全、实用的研究手段。Lee和SoonHeungChang使用环保制冷剂R134a开展了上升圆管内CHF的实验研究J，陈常念、韩1Cm’流体模化理论吉田等正在开展复杂流道内的CHF传热和流体流体模化方法的理论基础是相似理论和量纲

5、模化研究。分析理论。CHF的流体模化方法，是针对CHF现象以保证流体物性相似为主要依据，选择压力温度2CIIF流体模化工质条件低、潜热小的工质(通常是氟利昂类物质)代流体模化工质的选取是开展模化研究的关键。替原型工质(水)，以达到降低实验困难易于研究对于模化水为介质的高温高压设备中CHF传热过并能得到足够精确工程应用结论的目的。程通常选择氟利昂物质，这是因为它不仅运行温度压力低、潜热小，而且化学稳定性好、无毒、不爆炸。基金项目：国家自然科学基金项目(项目编号：50776055)；根据参考文献[10]、[11]计算出了沸腾条件下相山东省自然科学基金项目(项目编号：Y200

6、7F10)同液气密度比时(pl／p=172—4)R12、R22、R1232010年第2期节能ENERGYCONSERVATION一27一(总第331期)和R134a与水的压力范围，如图1所示。，(q，G，△日，，D，g，A，Pl，Pg，】，g，CPl，CP，20，，，y，)=0(1)18p．／p=172～4_式中：qc一临界热流密度，kW／m；一面积质：-量流速，kg／(m·s)；△日一入I=I过冷焓，J／kg；L_芝12●-加热长度，m；D一水力直径，m；g一重力加速度，，6_m／s；A一汽化潜热，J／；p1一液相密度，kg／111；3．814．。1．OOI．．IIp

7、一气相密度，kg／m。；／xl一液相动力粘度，Pa·S；HOR12R22R123R134a一气相动力粘度，Pa·S；Cp,一液相定压热容，模化工质J／(·K)；c一气相定压热容，J／(·K)；Kl一液图1同密度比条件下氟利昂与水的压力范围相导热系数，W／(II1·K)；一气相导热系数，由图1比较看出，在计算范围内四种氟利昂物W／(II1·K)；一表面张力，N／m；一定义为质的压力范围相当，但明显比水的小，R22的上限值为3．81MPa，仅为水上限值的21％，其他三种工『lsaI；卢一定义为⋯。质上限值均小于水上限值的18％。在通常工况中A