锯齿扁管内沸腾换热试验.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinlcaMar．252017VOl38NO．3SSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb《鱼buaa．edu．cn锯齿扁管内沸腾换热试验詹宏波，文涛，张大林*南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016摘要：建立以等热流密度方式进行试验件加热的沸腾换热试验系统，分别对当量直径为1．28mm和1．59mm锯齿扁管内R134a工质的沸腾换热特性进行研究，试验参数范围：制冷剂质量流率为68．5～305．5kg／(m2·s)，工作饱和压力为

2、o．27～o．46MPa，加热热流密度为9～42kw／m2。试验结果表明：相同结构的通道，当量直径小换热能力更强；热流密度和饱和压力对沸腾换热的影响与一个干度值有关。当干度小于此值时，沸腾换热系数会随着热流密度及饱和压力增大而增大；而当干度大于此值时，沸腾换热系数随着干度增大而急剧下降，热流密度和饱和压力对换热的影响较小；该干度值会随着热流密度或饱和压力增大而逐渐变小。质量流率对沸腾换热的影响与热流密度有关，随着热流密度增大，质量流率的影响趋向大干度区域。通过分析各参数对沸腾换热的影响，建立了一个预测试验工况下微小尺寸锯齿扁管的沸腾换热系数计算经验公式。

3、关键词：沸腾；换热；两相流；制冷剂R134a；锯齿扁管中图分类号：V231．1；TKl24文献标识码：A文章编号：1000一6893(2017)03—120329一08目前，对于微小通道沸腾换热的研究已有许多有价值的成果，很多学者已对不同试验条件下微小通道内沸腾换热的机理及影响因素进行分析，并有部分学者建立了适用于特定工况的沸腾换热计算公式。0h[13和Copetti[2]等对当量直径为2．6mm水平管沸腾换热特性的研究发现，质量流率对沸腾换热的影响与一个干度的阈值有关，当干度大于此阈值时，质量流率的影响才开始显现，且随着热流密度增大，此阈值也增大。热流

4、密度对换热的影响在小干度区域很明显，而在大干度区域，其影响很微弱。换热系数会随着饱和压力增大而增大。笔者建立了一个新的沸腾换热计算公式，其计算值与试验值的平均绝对相对误差为15．28％。Tibirica和Ribatski[33对当量直径为2．3mm圆管的研究发现，无论在多大质量流率下，热流密度对沸腾换热的影响都非常明显，但沸腾换热受饱和压力的影响较微弱。Shiferaw等nj对当量直径为1．1mm圆管所做的研究表明，沸腾换热受质量流率的影响比较微弱，当干度小于o．5时，其主要受热流密度的影响，当干度大于o．5且热流密度较大时，换热系数只会随着干度变化而变

5、化。本文研究的是被航空紧凑式换热器广泛应用的锯齿扁管，其形状可以看作为将平直通道截断成许多短小的节段，相邻节段彼此错开一定间隔而形成的间断式翅片，这种翅片对促进流体的湍流、破坏热阻边界层十分有效[5]。现在对于锯齿扁管的研究，主要集中在对锯齿扁管单相的阻力和传热计算上，采用试验和数值模拟的方法，得到用于特定翅片的阻力和传热计算的经验关联收稿日期：2016·04·19；退修日期：2016—07—03；录用日期：2016—08—31；网络出版时间：2016．09．2809：27网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail门11929V20160

6、9280927002html*通讯作者．E—mail：zhangda¨n@nuaaeducn；

7、用棒武；詹宏波．文涛．张大林．锯齿扁管内沸腾换热试验【Jj．航空学报，2017，38(3)：120329iZHANHB，wENT．ZHANGDLTestofboi¨ngheaHransferlnrectangu

8、archannelswi椭o”setfins[JI．ActaAeronaulicaetAstronaut

9、cas{nlca，20{7，38(3)120329。120329．1航空学报式[6-8]。在单相研究中，锯齿扁管显现出比相似尺寸平直通道更强的换热

10、能力。目前对锯齿扁管两相换热的研究还较少。Pulvirenti等[9]对相同尺寸的平直通道与锯齿扁管两相换热能力的比较发现，在热流密度较大时，内部结构对两相换热没有影响，而在热流密度较小时，锯齿扁管比平直通道的换热能力更强。Kim和Sohn[1叩对当量直径为2．84mm锯齿扁管的研究发现，适用于光滑圆管沸腾换热计算的雷诺因子数也适用于锯齿扁管沸腾换热的计算，并建立了一个包含核态沸腾和对流换热的沸腾换热计算公式，计算值与试验值偏差在25％以内。本文对当量直径分别为1．28mm和1．59mm锯齿扁管的沸腾换热特性进行试验研究，探究影响其换热能力的主要因素，并

11、建立适用于本试验工况的微小尺寸锯齿扁管沸腾换热计算公式，为后续锯齿扁管的工程应用