R404A在水平內(nèi)螺紋管中的冷凝傳熱研究

通過對(duì)600mw超臨界w火焰鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,研究試驗(yàn)φ32mm×6.3mm四頭12cr1movg優(yōu)化內(nèi)螺紋管(omlr)在亞臨界、近臨界、超臨界區(qū)的流動(dòng)傳熱特性。試驗(yàn)獲得了不同工況(壓力、熱負(fù)荷、質(zhì)量流速)下內(nèi)螺紋管壁溫分布和內(nèi)壁換熱系數(shù)隨焓值的變化規(guī)律。并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合建立單相、兩相換熱系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式,同時(shí)進(jìn)一步建立傳熱惡化發(fā)生時(shí)的臨界條件及干涸后傳熱計(jì)算關(guān)聯(lián)式,為鍋爐垂直上升內(nèi)螺紋管水冷壁設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)研究了環(huán)保替代制冷工質(zhì)r410a和r22在冷凝溫度40℃時(shí)在內(nèi)螺紋強(qiáng)化管(外徑為9.52mm)內(nèi)的冷凝換熱特性,對(duì)二者的冷凝換熱性能進(jìn)行了對(duì)比,并研究了測試管外冷卻水流量對(duì)換熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明:在管外冷卻水流量相同時(shí),r22的總換熱系數(shù)k普遍比r410a小,而管內(nèi)傳熱系數(shù)hr比r410a大。r22與r410a的總傳熱系數(shù)k均隨管外冷卻水流量的增加而增加,當(dāng)制冷劑流量gm大于300kg.s-1.m-2時(shí),管外冷卻水流量對(duì)總傳熱系數(shù)k的影響變小。

對(duì)非共沸混合制冷劑r417a在外徑為9.52mm的水平光滑管和2種不同幾何參數(shù)的內(nèi)螺紋管中的流動(dòng)沸騰換熱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分析討論了制冷劑質(zhì)量流速、熱流密度、干度、強(qiáng)化管參數(shù)對(duì)換熱系數(shù)的影響規(guī)律和影響機(jī)理.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:換熱系數(shù)隨著質(zhì)量流速的增大而增大.在以對(duì)流蒸發(fā)占優(yōu)勢的換熱區(qū),熱流密度對(duì)換熱系數(shù)的影響較小;換熱系數(shù)隨著干度的增大先呈現(xiàn)出增大趨勢,增至高峰值后又迅速下降,高峰值隨熱流密度的增大和質(zhì)量流速的減小向干度較大的方向移動(dòng);內(nèi)螺紋管能有效強(qiáng)化制冷劑的流動(dòng)沸騰換熱,r417a在2種內(nèi)螺紋管中的換熱系數(shù)分別比在光滑管中高出130%~210%和150%~270%.

為了建立無潤滑油的實(shí)驗(yàn)臺(tái),采用液壓隔膜泵為動(dòng)力循環(huán),以r410a和r22為工質(zhì)在水平內(nèi)螺紋銅管(φ5mm和φ9.52mm)中進(jìn)行了沸騰換熱實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)二者沸騰換熱性能做了對(duì)比。分析討論了制冷劑質(zhì)量流速、管外水流量變化、強(qiáng)化管的管徑對(duì)壓降和換熱系數(shù)影響。結(jié)果表明:換熱系數(shù)隨著流量的增大而增大,管徑的大小對(duì)換熱系數(shù)的影響較大,在相同的流量下,9.52mm管徑的換熱系數(shù)是5mm的1.32～7.22倍,5mm管徑的壓降是9.52mm管徑的1.48～2.68倍。

內(nèi)螺紋銅管又稱非平滑管，英文名稱innergroovedcoppertube(igt)，是指 外表面光滑，內(nèi)表面具有一定數(shù)量，一定規(guī)則螺紋的內(nèi)螺紋tp2紫銅管。 由于內(nèi)螺紋銅管內(nèi)表面積的增加，所以它的導(dǎo)熱性能要比光管提高百分之二十到三十。 內(nèi)螺紋銅管的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段： （1）山型齒內(nèi)螺紋管； （2）梯型槽內(nèi)螺紋管； （3）頂角型內(nèi)螺紋管； （4）細(xì)高齒型內(nèi)螺紋管。（又稱瘦高齒內(nèi)螺紋銅管） 目前，國外又陸續(xù)推出了高低齒齒型、齒頂開槽、雙旋向等內(nèi)螺紋管 傳熱性能： 按照國標(biāo)gb/t20928-2007中的要求，內(nèi)螺紋銅管產(chǎn)品按照產(chǎn)品名稱、牌號(hào)、狀態(tài)、 外徑、底壁厚、齒高加齒頂角、螺旋角、螺紋數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)的順序表示： 示例1：tp2m2φ9.52×0.30+0.20-53-18/60gb/t20928-20072、（用tp2制造的， 供應(yīng)狀態(tài)為

內(nèi)螺紋管作為一種高效的節(jié)能元件已在動(dòng)力、航天、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,為進(jìn)一步促進(jìn)內(nèi)螺紋強(qiáng)化傳熱技術(shù)研發(fā),對(duì)近30年來內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)傳熱研究進(jìn)行了綜述,內(nèi)容涉及內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)傳熱機(jī)理、傳熱規(guī)律、傳熱惡化及預(yù)報(bào)等.

本文針對(duì)原有內(nèi)螺紋管水壓工裝的原理、結(jié)構(gòu)及使用后的效果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)情，對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，有效地提高了生產(chǎn)效率。

為了研究不同頂角的內(nèi)螺紋管單相及冷凝的壓降及換熱性質(zhì),對(duì)具有相同外徑(5mm)、相同螺旋角(18°)的內(nèi)螺紋管進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使用制冷劑為r22和r410a,質(zhì)量流速為200～650kg/(m2.s),飽和溫度為320k,進(jìn)出口干度分別為0.8和0.1.結(jié)果表明,內(nèi)部實(shí)際換熱面積增加比aai/afr是和強(qiáng)化換熱系數(shù)直接正相關(guān)的.其中r22為工質(zhì)的1#管和r410a為工質(zhì)的7#管具有相對(duì)高的換熱系數(shù)和相對(duì)低的壓降.且在計(jì)算壓降時(shí),應(yīng)用了churchill模型[27]得出的摩擦系數(shù)及一個(gè)合適的相對(duì)粗糙度來修正光管的壓降關(guān)聯(lián)式.對(duì)kedzierski和goncalves關(guān)聯(lián)式[11]進(jìn)行修正,用基于齒根直徑的換熱面積代替實(shí)際內(nèi)部換熱面積,使誤差在20%以內(nèi).

為研究各種換熱設(shè)備因污垢熱阻的存在而造成大量能源浪費(fèi)的實(shí)際運(yùn)行過程.在考慮污垢的情況下,綜合換熱管的阻力特性,對(duì)比分析了分別選用內(nèi)螺紋管和內(nèi)壁光滑管的冷凝器的經(jīng)濟(jì)性,探討其是否能夠提高冷凝器的換熱性能從而降低系統(tǒng)能耗.結(jié)果表明,選用內(nèi)螺紋管不一定能夠提高冷凝器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,冷凝器存在臨界流速和臨界時(shí)間.文中結(jié)果為冷凝器的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了理論依據(jù)和指導(dǎo).

本文在壓力p=19.0～22.5mpa、質(zhì)量流速g=600～1000kg/(m~2s)、內(nèi)壁熱流密度q=300～500kw/m~2的參數(shù)范圍內(nèi),對(duì)水在新型垂直上升內(nèi)螺紋管內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn),在近臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管的內(nèi)壁溫隨質(zhì)量流速的增加而降低,隨熱流密度的增大而升高。在本文研究參數(shù)范圍內(nèi),近臨界壓力區(qū)的水在內(nèi)螺紋管內(nèi)傳熱時(shí)并未出現(xiàn)明顯的傳熱惡化。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn),近臨界壓力區(qū)的亞臨界壓力部分水的傳熱特性與超臨界壓力部分水的傳熱特性具有相似性。

對(duì)超臨界水在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的豎直內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究,重點(diǎn)分析了內(nèi)螺紋管的螺旋升角、相對(duì)螺紋寬度和相對(duì)螺紋高度在不同質(zhì)量流速和熱流密度條件下對(duì)傳熱和阻力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:內(nèi)螺紋管的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均隨升角的減小而增加;相對(duì)螺紋寬度的變化對(duì)內(nèi)螺紋管的傳熱和阻力特性幾乎無影響;隨著相對(duì)螺紋高度的增加,傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均增加。通過對(duì)內(nèi)螺紋管的綜合性能分析,結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)超臨界流體傳熱和阻力特性的影響順序依次為螺旋升角、螺紋高度、螺紋寬度。

碳鋼管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價(jià) 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 碳鋼半管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價(jià) 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 劉漫 2011*11*30

電廠在對(duì)管屏用測厚儀測厚時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)螺紋管局部壁厚不足,取樣解剖,通過著色發(fā)現(xiàn)在管子橫斷面上有很細(xì)的長條缺陷,現(xiàn)場判斷為分層。實(shí)際是,電廠測厚的結(jié)果大部分是由于測厚儀與管子間偶合的不好,個(gè)別點(diǎn)是由于內(nèi)螺紋管內(nèi)部有小缺陷導(dǎo)致測厚減薄。經(jīng)金相試驗(yàn),結(jié)果表明缺陷是夾雜物。

本文在全周加熱和單側(cè)加熱的條件下,對(duì)600mw超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐水冷壁φ28×6mm內(nèi)螺紋管進(jìn)行了傳熱與阻力特性的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)參數(shù)為壓力13-27mpa,質(zhì)量流速400-1800kg/m2·s,內(nèi)壁熱負(fù)荷200-800kw/m2。試驗(yàn)得出了在不同參數(shù)條件下的壁溫分布、發(fā)生傳熱惡化的臨界條件、單相及兩相對(duì)流放熱系數(shù)、干涸后放熱系數(shù)及內(nèi)螺紋管的摩擦壓降,提出了計(jì)算關(guān)聯(lián)式,比較了單側(cè)加熱與全周加熱的區(qū)別,為超臨界鍋爐設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

通過對(duì)比不同結(jié)構(gòu)尺寸的垂直上升內(nèi)螺紋管在亞臨界及超臨界壓力下的傳熱系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式,結(jié)果表明:傳熱系數(shù)隨著質(zhì)量流量的增大、壓力及熱負(fù)荷的減小而增大;換熱系數(shù)峰值在兩相沸騰區(qū);在超臨界壓力區(qū),由于水在擬臨界附近變化劇烈,在擬臨界焓值區(qū)傳熱系數(shù)有最大值。內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳熱特性的影響與無因次數(shù)n有密切關(guān)系。

在亞臨界、近臨界及超臨界壓力區(qū),對(duì)600mw超臨界w火焰鍋爐水冷壁中垂直上升低質(zhì)量流速優(yōu)化內(nèi)螺紋管的傳熱特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了不同運(yùn)行工況下內(nèi)螺紋管的壁溫分布,分析了壓力、外壁熱流密度、質(zhì)量流速對(duì)傳熱特性的影響。結(jié)果表明:低質(zhì)量流速優(yōu)化內(nèi)螺紋管具有良好的傳熱特性,能夠有效避免膜態(tài)沸騰;在亞臨界壓力區(qū),壓力與熱流密度的增大以及質(zhì)量流速的減小,均會(huì)導(dǎo)致干涸提前發(fā)生和干涸后的壁溫飛升值增大。與亞臨界壓力區(qū)相比,內(nèi)螺紋管在近臨界壓力區(qū)的傳熱特性變差,隨著壓力的增大,管壁溫度顯著升高,發(fā)生傳熱惡化時(shí)的臨界干度減小。在超臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管在擬臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)了傳熱強(qiáng)化;壓力越接近臨界壓力,傳熱強(qiáng)化越明顯;壓力與熱流密度的增大以及質(zhì)量流速的減小均會(huì)導(dǎo)致壁溫增大。

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在壓力9～22mpa,質(zhì)量流速450～2000kg·m?2·s?1,內(nèi)壁熱負(fù)荷200～700kw·m?2的參數(shù)范圍內(nèi),試驗(yàn)研究了用于1000mw超超臨界鍋爐??28.6mm×5.8mm垂直上升內(nèi)螺紋水冷壁管內(nèi)汽水流動(dòng)沸騰傳熱。研究表明:內(nèi)螺紋管內(nèi)壁螺紋的漩流作用可抑制偏離核態(tài)沸騰(dnb)傳熱惡化,內(nèi)螺紋管在高干度區(qū)發(fā)生蒸干型(do)傳熱惡化。增大質(zhì)量流速可推遲壁溫飛升,壁溫飛升幅度隨質(zhì)量流速增大而降低。熱負(fù)荷越大管壁溫越高,隨熱負(fù)荷增大管壁壁溫飛升提前,且傳熱惡化后壁溫飛升值增大。隨著壓力增加,壁溫飛升發(fā)生干度值減小。內(nèi)螺紋管汽水流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)呈?形分布,傳熱系數(shù)峰值出現(xiàn)在汽水沸騰區(qū)。文中還給出了亞臨界壓力區(qū)內(nèi)螺紋管單相區(qū)和汽水沸騰區(qū)的傳熱系數(shù)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

介紹了紫銅內(nèi)螺紋管成型原理,成型裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)備性能

在系統(tǒng)壓力p=3～10mpa,質(zhì)量流速g=300～600kg/s,進(jìn)口過冷度δtsub=30～90℃,內(nèi)壁熱負(fù)荷q=0～190kw/m2的工況范圍內(nèi),采用試驗(yàn)段長度與內(nèi)徑之比(l/d)大于600、傾角為19.5o的φ38.1×7.5mm6頭內(nèi)螺紋管,研究了壓力、質(zhì)量流速、進(jìn)口過冷度以及兩管熱負(fù)荷不均勻?qū)Ω邏浩?水兩相流密度波脈動(dòng)的影響。結(jié)果表明,隨壓力增加,系統(tǒng)穩(wěn)定性增加;隨質(zhì)量流速增加,臨界熱負(fù)荷增加,而臨界干度下降;進(jìn)口過冷度對(duì)密度波脈動(dòng)呈現(xiàn)單值性影響,隨進(jìn)口過冷度下降,臨界熱負(fù)荷降低;在其他條件相同的情況下,并聯(lián)管不對(duì)稱加熱時(shí)的臨界熱負(fù)荷較對(duì)稱加熱時(shí)的臨界熱負(fù)荷更高。

在壓力22.5~28mpa,質(zhì)量流速600~1000kg·m-2·s-1,工質(zhì)比焓800~3100kj·kg-1范圍內(nèi),對(duì)超臨界水在四頭內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了不同工況下內(nèi)螺紋管流動(dòng)阻力的變化規(guī)律,分析了壓力、質(zhì)量流速和工質(zhì)比焓變化對(duì)內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:超臨界壓力下質(zhì)量流速對(duì)摩擦阻力壓降有很大影響,但對(duì)摩擦阻力系數(shù)的影響很小;在擬臨界區(qū)域摩擦阻力系數(shù)有階躍式增長現(xiàn)象,且這種階躍增長現(xiàn)象隨著壓力的增加而減弱。整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到超臨界水的內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,與試驗(yàn)值相比誤差小于15%,為設(shè)計(jì)具有良好水動(dòng)力特性的超臨界鍋爐提供可靠依據(jù)。

為了研究水平強(qiáng)化單管的管內(nèi)冷凝性能,搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)。研究了在冷卻水量不變的情況下,r410a在不同冷凝溫度(35℃和40℃)和不同管徑(5mm和9.52mm)下的換熱情況。結(jié)果表明:總換熱系數(shù)和壓降隨工質(zhì)質(zhì)量流量的增大而增大,質(zhì)量流量對(duì)管內(nèi)換熱系數(shù)影響不是很大。冷凝溫度40℃,5mm銅管的換熱系數(shù)最高;冷凝溫度40℃,9.52mm銅管的壓降最小。