水平花瓣型三維強(qiáng)化管內(nèi)冷凝換熱研1，2，3，4（能源，浙江大學(xué)，杭州310027） ,:w ：R410A為工質(zhì)，針對(duì)花瓣型強(qiáng)化管水平方向上的冷凝換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)試在45度的飽和溫度和150~450kg/(m2·s)的質(zhì)量流速下進(jìn)行，水側(cè)換熱系數(shù)通過(guò)圖解法獲得。結(jié)果顯示，銅管的冷凝換熱系數(shù)比相同型號(hào)的不銹高出0.39~0.47倍，同時(shí)管材對(duì)冷凝壓降的率和壓降擴(kuò)大系數(shù)最大分別為1.19和1.30。：流動(dòng)冷凝強(qiáng)化換熱表面不銹摩擦壓移，強(qiáng)化換熱管逐漸成為用于提高換熱系統(tǒng)熱效率的主要之一。Cavallini等[1-2]KedzierskiGoncalves[3]、水平低肋管（也稱外螺紋管）1948年，Beatty和Katz[6]Jung等[7]分別以制冷劑R22、R407CR410Aturbo-C型R407C的換熱系數(shù)R22R410A，該現(xiàn)象可以用一個(gè)擴(kuò)散氣膜模型解釋。對(duì)于所有被測(cè)制冷劑工質(zhì)，turbo-C管展現(xiàn)了最優(yōu)越的換熱性能，其單管換熱系數(shù)比同材質(zhì)光3~8倍。在過(guò)去的幾十年中，各類銅管作為主要管材被用于制造空調(diào)和制冷系統(tǒng)Das等[8]0.3mm。Yun等[9]R134a膜狀冷凝的影響。漣漪紋管是一類具有平行或交錯(cuò)式凹坑排列的新型表面換熱強(qiáng)化管，王等[10]。研究顯示凹坑的排列方式對(duì)換熱性能的影響較小。Sarmadian等[11]R600a1.2~2.0倍，并且漣漪紋管內(nèi)間歇流和環(huán)形流之間的轉(zhuǎn)變干EHT系列強(qiáng)化管，同工況下該類強(qiáng)化管表面的結(jié)垢率遠(yuǎn)低于光管等[13]和李等[14]分別。)使測(cè)試段進(jìn)口工質(zhì)干度達(dá)到目標(biāo)值；(3)與測(cè)試段進(jìn)行換熱的水回路，可使測(cè)試段出口工質(zhì)干度達(dá)到目標(biāo)值；(4)過(guò)冷段，確保過(guò)制冷劑在冷段出口時(shí)處于過(guò)冷狀態(tài)。相工質(zhì)經(jīng)過(guò)過(guò)冷段時(shí)，會(huì)被冷卻/5~10℃的低溫液體，最終回到儲(chǔ)液罐中完成循SMVector變頻器改變數(shù)字齒輪泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由 1實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)：(a)系統(tǒng)原理圖：(b)整體實(shí)物(a)Cu-1EHT1 (b)SS-1EHT1(c)SS-1EHT2 (d)SS-3EHT2三維雙側(cè)強(qiáng)化管外表面實(shí)物本文測(cè)試的VipertexEHT系列強(qiáng)化管包括304L型不銹(SS-1EHT1SS-1EHT2、3EHT4根三維2所示。量。同外徑條件下，1EHT-1、1EHT-23EHT管與光管的換熱表面積之比分別為管的外徑do、最大內(nèi)徑di、管壁厚度δ、強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的平均高度h、強(qiáng)化紋陣列數(shù)Narray、RMS1中也詳細(xì)列出。 (a)1EHT1和1EHT2 (b)3EHT3三維雙側(cè)強(qiáng)化管外表面結(jié)構(gòu)示意R410A（50%R3250%R125組行，測(cè)試段和出口制冷劑工質(zhì)分別為0.8和0.2，制冷劑質(zhì)量流速(G)采用最大內(nèi)徑數(shù)時(shí)間共計(jì)20s，因此處理得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是連續(xù)10組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均。dodiδh--Narray(--3-338RMS--Qtscpl,w,tsmw,tsTw,ts,outTw,ts,in

其中，cpl,w,ts是測(cè)試段平均水溫下水的比熱容，mw,ts是循環(huán)水的質(zhì)量流量，Tw,ts,in和是水溫。所有熱物性參數(shù)可以通過(guò)NISTREFPROP9.0數(shù)據(jù)庫(kù)軟件[15]查詢。Tref,ts,outTw,ts,inTref,ts,inTw,ts,outTLMTDln

ref ref w,ts,out假設(shè)壁面整潔沒(méi)有污垢熱阻，管內(nèi)換熱系數(shù)(hi)可由下式計(jì)hi

w wall

Ai h 1Ai h 1 ilnddf

014hC wbulk w

wh 112.7f212Pr2/31 wh心溫度和壁面溫度對(duì)應(yīng)的流體動(dòng)力粘度。kw是平均水溫下水的導(dǎo)熱系數(shù)先，dh是管外環(huán)CGnielinski公式wf1.58lnRew

C

w,

ARRW

lnlndodiRov

RihA

W2

i 壁面熱阻(W)對(duì)單根測(cè)試管來(lái)說(shuō)也是定值。此時(shí)，總熱阻(Rov)與Gnielinski公式直接預(yù)測(cè)iR1 WRi

Chw,Gni本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，制冷劑R410A處于液態(tài)且質(zhì)量流量為90kg/h，管外環(huán)形250-395kg/h，對(duì)應(yīng)的水側(cè)雷諾數(shù)(Rew)3850~50504所示，1EHT1、1EHT2和3EHT不銹的水側(cè)換熱強(qiáng)化因子分別為2.04、1.24和1.85，1EHT12.78。

圖4圖解法擬合水側(cè)換熱強(qiáng)化因 dPdz dPdzdPdz

其中，由于管內(nèi)流體動(dòng)能變化造成的加速壓降可以通過(guò)Collier-Thome[20]關(guān)系式計(jì)算dPdz

22

1x2

dz 1 025x

1x

1.181xglg

10.121x

G0

g

l

22 2 22Tw,ts,inTw,ts,out22222

Rov Gref

2m 2m2 idi最后，管內(nèi)換熱系數(shù)(hi)的不確定度如下式(15) R 22 ilndodi R 22 ilndodi h w 直徑d(m) ±0.10mm溫度T ±0.10壓力P(kPa) 水/制冷劑質(zhì)量流量m(kg/h) 循環(huán)水質(zhì)量流速Gw(kg/(m2·s)) 文獻(xiàn)中廣泛使用Gnielinski公式[17]和Petukhov-Popov公式[24]預(yù)測(cè)工質(zhì)的管內(nèi)外單相換熱5b所示，公式的預(yù)測(cè)值均在實(shí)驗(yàn)值的±5%誤差帶 5單相實(shí)驗(yàn)：(a)熱平衡測(cè)試；(b)銅光管換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值圖6展示了1EHT1銅管和銅光管內(nèi)冷凝換熱系數(shù)(hi)和制冷劑質(zhì)量流速(Gref)的關(guān)系。1EHT11.53~1.62倍。1EHT1管的高換渦狀凸起物對(duì)冷凝液膜的破壞以及對(duì)湍流效應(yīng)的增強(qiáng)；(3)交錯(cuò)排列的花瓣紋圖案近6還展示了四個(gè)光管冷凝換熱系數(shù)公式預(yù)測(cè)的換熱系數(shù)隨質(zhì)量流速變化的曲線。61EHT銅管和銅光管冷凝換熱系數(shù)的比Cavallini和Zecchin[25]、Shah[26]、Haraguchi等[27]、Cavallini等[28]陸續(xù)提出過(guò)光管內(nèi)7銅光管冷凝換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的比81EHT1管冷凝換熱系數(shù)的影響。當(dāng)測(cè)試工況和表面強(qiáng)化結(jié)構(gòu)一圖81EHT1銅管和不銹冷凝換熱系數(shù)的比較圖9EHT系列不銹冷凝換熱系數(shù)的比因此，1EHT1管的換熱系數(shù)比1EHT2管高10%。3EHT1EHT2管的換熱表面積更高，船型的壁面高度也高于1EHT2管的漣漪狀凸起物，但兩者的換熱系數(shù)十分接近，該現(xiàn)象可以歸因于3EHT管底部船型中冷凝液的滯留。10a1EHT1管和光管的冷凝摩擦壓降(dP/dz)f隨質(zhì)量流速 圖10冷凝摩擦壓降比較：(a)不銹和銅管；(b)EHT系列強(qiáng)化管與光0.346mm、0.047mm0.235mm。顯然，1EHT1RMS粗糙度最大，摩擦壓降也最高。但是RMS粗糙度不是壓降唯一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，由于3EHT管底部?jī)?nèi)滯留的1EHT23EHT的摩擦壓降曲線十分接結(jié)EHT系列管內(nèi)表面結(jié)構(gòu)分別是漣漪凸起和船型凹250kg/(m2·s)時(shí)，Cavallini等人[28]的公式預(yù)測(cè)精度更高。1EHT1銅管的冷凝換熱系數(shù)較1EHT1不銹高出39~47%，可以推測(cè)高導(dǎo)熱不銹鋼三維雙側(cè)強(qiáng)化管中，1EHT1管的換熱系數(shù)和壓降都是最高的。較大的漣3EHTRMS1EHT21EHT23EHT管的換熱特性十分接近，制冷劑冷凝液在3EHT管底部?jī)?nèi)的滯留被推測(cè)是主要原因。A.Cavallini,L.Doretti,N.Klammsteiner,G.A.Longo,L.Rossetto,CondensationofNewRefrigerantsInsideSmoothandEnhancedTubes,In:Proceedings19thInternationalCongressofRefrigeration,Hague,TheNetherlands,1995.105—114A.Cavallini,D.DelCol,S.Mancin,LRossetto,CondensationofPureandNear-azeotropicRefrigerantsinMicroFinTubes:ANewComputationalProcedure,InternationalJournalofRefrigeration,2009,32(1):162—M.A.Kedzierski,J.M.Goncalves,HorizontalConvectiveCondensationofAlternativeRefrigerantsWithinaMicro-finTube,JournalofEnhancedHeatTransfer,1999,6(2):161—178J.Yu,S.Koyama,CondensationHeatTransferofPureRefrigerantsinMicrofinTubes,In:ProceedingofInternationalRefrigerationConferenceatPurdueUniversity,WestLafayette,na,USA,1998.325—330H.S.Wang,H.Honda,S.Nozu,ModifiedTheoreticalModelsofFilmCondensationinHorizontalMicrofinTubes,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2002,45(7):1513—15231948,44(1):55—70D.Jung,C.B.Kim,S.M.Hwang,K.K.Kim,CondensationHeatTransferCoefficientsofR22,R407C,andR410AonaHorizontalPlain,LowFin,andTurbo-CTubes,InternationalJournalofRefrigeration,2003,26(4):A.K.Das,G.A.Incheck,P.J.Marto,TheEffectofFinHeightDuring CondensationonAHorizontalStainlessSteelIntegral-finTube,JournalofEnhancedHeatTransfer,1999,6(2-4):237—250R.Yun,J.Heo,Y.Kim,FilmCondensationHeatTransferCharacteristicsofR134aonHorizontalStainlessSteelIntegral-finTubesatLowHeatTransferRate,InternationalJournalofRefrigeration,2009,32(5):865—Tubes,ChemicalEngineeringandTechnology,2009,32(6):956—963A.Sarmadian,M.Shafaee,H.Mashouf,S.G.Mohseni,CondensationHeatTransferandPressureDropCharacteristicsofR-600ainHorizontalSmoothandHelicallyDimpledTubes,ExperimentalThermalandFluidScience,2017,86(C):54—62D.J.Kukulka,R.Smith,K.G.Fuller,DevelopmentandEvaluationofEnhancedHeatTransferS.P.Guo,Z.Wu,W.Lei,D.J.Kukulka,B.Sundén,X.P.Zhou,J.J.Wei,T.W.Simon,CondensationandEvaporationHeatTransferCharacteristicsinHorizontalSmooth,HerringboneandEnhancedSurfaceEHTTubes,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2015,85(1):281—291W.Li,J.X.Chen,H.Zhu,D.J.Kukulka,W.J.Minkowycz,ExperimentalStudyonCondensation&MassTransfer,2017,80(1):30—40E.W.Lemmon,M.L.Huber,M.O.McLinden,NISTStandardReferenceDatabase23:ReferenceFluidThermodynamicandTransportProperties－REFPROP,Version9.0,NationalInstituteofStandardsandTechnology,StandardReferenceDataProgram,Gaithersburg,2010.,.傳熱學(xué)第三版.:高等教育,ChemicalEngineering,1976,16(2):359—368B.S.Petukhov,HeatTransferandFrictioninTurbulentPipeFlowwithVariablePhysicalAdvancesinHeatTransfer,1970,6,504—J.G.Collier,J.R.Thome,ConvectiveBoilingandCondensation,ThirdEdition,OxfordUniversityPress,D.Steiner,VereinDeutscherIngenieureVDI-W?rmeatlas(VDIHeatAtlas),ChapterHBB,VDI-GesellschaftVerfahrenstechnikundChemieingenieurwesen(GCV),Düsseldorf,1993.Z.Rouhani,E.Axelsson,CalculationofVoidVolumeFractionintheSubcooledandQualityRegions,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,1970,13(2):383—R.J.Moffat,DescribingtheUncertaintiesinExperimentalResults,ExperimentalThermalandFluidScience,1988,1(1):3—17B.S.Petukhov,V.N.Popov,TheoreticalCalculationofHeatExchangeinTurbulentFlowinTubesofanpressibleFluidwithVariablePhysicalProperties,HighTemperatureHeatPhysics,1963,