轴向变热流密度管外强化沸腾实验研究

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1、天津大学硕士学位论文轴向变热流密度管外强化沸腾实验研究Experimentalstudyoftheoutsidetubeenhancedboilingundertheconditionoftheaxialvariableheatflux一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：热能工程作者姓名：吴秀杰指导教师：朱家玲教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要有机朗肯循环（ORC）是中低温资源有效利用的主要途径之一。在ORC系统之中，蒸发器部件的传热效率直接影响ORC系统整体的热效率，而ORC蒸发器内主要以管外沸腾传热为主。本文从这一点出发，分别做了两类实验

2、即单管管外沸腾实验以及管壳式换热器实验。在单管实验中，选用了4种管型，分别为光管、波纹管、烧结管（HIGH-FLUX）和Turbo-EHP型多孔管，以及选用了两种实验工质，分别为R245fa和R601a，通过单管实验，得到了每种工质在各种管型管外沸腾的实验现象以及其管外局部换热系数、管外平均换热系数和压降。通过单管实验，对比分析后，在管壳式换热器实验中，选用了Turbo-EHP型多孔管作为实验管，采用了叉排的结构布置，实验结果得到管外沸腾的局部换热系数以及LMTD对数平均换热系数，得到如下结论：在单管实验中，通过观察实验现象，汽化核心最多的为HIGH-FLUX

3、烧结管，其次为Turbo-EHP多孔管，之后为波纹管，最差的为光管。在波纹管实验中，发现气泡多数集中在波谷的前半部分，从侧面论证了Turbo-EHP型多孔管的优势。从LHTC数值比较来看，四种管型的LHTC均呈现先增后减的趋势与实验现象保持一致。从AHTC数值比较来看，四种管型的AHTC多数呈现了先线性增大后缓慢减小的趋势。特别地，多数R601a实验的AHTC值大于R245fa实验值。从对比光管的AHTC实验数值来看，Turbo-EHP型管为其4.82~7.75倍，波纹管为其1.1~1.2倍。从压降来看，所有实验的压降均随着热源温度的增大而线性增大。四种管型的

4、R245fa实验的压降均大于R601a实验。其次对比四种管型可以发现ΔPTurbo-EHP>ΔP波纹管>ΔP烧结管>ΔP光管。通过单管实验的实验现象和换热系数，大致可以将换热器内部从下至上方向划分为三个区域，即液相区、气液区以及气相区，过冷液态工质进入第一个区域，热流密度较低，适宜采用HIGH-FLUX烧结管；其次饱和液进入气液区，此时热流密度较高，适宜Turbo-EHP型管，加快核态沸腾；而在气相区，工质多为气态，从强化换热的角度来看，宜加大换热面积，从而提高换热效率，宜采用高翅片管增加换热面积。管壳式换热器选用Turbo-EHP管作为实验用管，并采用R24

5、5fa作为实验工质。从上下管的LHTC来看，热源温度为50~60℃之间时，沿管长方向，LHTC先减后增的趋势，上下两管的换热系数十分接近；在热源温度为60~100℃时，沿管长方向，LHTC值先增后减，由于热源温度的升高从整个实验数据来看，局部换热系数为3027.96~8936.80W/(m2·K)，当热源温度为100℃时，下管中0.2m处取得最大值。通过计算LMTD对数平均换热系数，LMTD对数平均换热系数值为1529.76~2271.63W/(m2·K)，给采用Turbo-EHP型多孔管的换热器提供数值参考，具有一定的工程实际意义。关键词：管外沸腾强化；Tu

6、rbo-EHP；LMTD平均换热系数；局部换热系数IAbstractOrganicRankine'scycle(ORC)isoneofthemainwaystoeffectiveutilizationofresourcesinlowtemperature.IntheORCsystem,efficiencyofheattransferintheevaporatordirectlyaffectsthethermalefficiencyofORCsystemasawhole,theORCevaporatoraremainlycomposedofboilingheat

7、transfer.Basedonthis,thispaperrespectivelyforthetwotypesofexperiment:singletubeboilingexperimentsandshell-tubeheatexchanger.Insingletubeexperiments,chosefourtypeofpipe,lightpipe,corrugatedpipe,sinteringpipe(HIGH-FLUX)andTurbo-EHPtypeperforatedpipe,andchosetwoexperimentalworkingfluid

8、,R245faandR601a,res