R410A在内螺纹强化管管内冷凝的传热性能试验研究

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2013年第41卷第9期 流 体 机 械 7文章编号： 1005—0329(2013)09—0007—03R410A在内螺纹强化管管内冷凝的传热性能试验研究张宗楠，陶乐仁，程 建，王 建(上海理工大学，上海 200093)摘 要： 为了研究水平强化单管的管内冷凝性能，搭建了实验台。研究了在冷却水量不变的情况下，R410A在不同冷凝温度(35~C和40℃)和不同管径(5mm和9．52mm)下的换热情况。结果表明：总换热系数和压降随工质质量流量的增大而增大，质量流量对管内换热系数影响不是很大。冷凝温度40~C，5mm铜管的换热系数最高；冷凝温度 40℃，9．52mm铜管的压降最小。

关键词： R410A；冷凝；内螺纹管；换热系数；压降中图分类号： TH137．8；TH138．7 文献标识码： A doi：10．3969／j．issn．1005一o329．2013．09．002Experimental Study on Condensation Heat Transfer of Internally Ribbed Tube with R410AZHANG Zong—nan，TAO Le—Yen，CHENG Jan，WANG Jan(University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)Abstract： Establishes laboratory bench to research the condensation heat transfer performance of horizontal internaly ribbedtube．The heat transfer performance of R410A in diferent tube diameter(5ram and 9．52ram)and diferent condensing tempera-ture(35~C and 40℃)with the same cooling flow rate was studied．According to the experimental data，the overall beat transfercoeficient and the pressure drop increase with the rise of refrigerant mass flow rate．Th e mass flow rate has a little efect on theheat transfer coefficient in the tube．Th e 5mm tube has the maximum heat transfer coefficient and 9．52mm tube has the minimumpressure drop under 4o℃ condensing temperature.

Key words： R410A；condensation；internally ribbed tube；heat transfer coeficient；pressure drop1 前言R22对臭氧层破坏和全球变暖有着重要影响，按照蒙特利尔协议以及其修正案的规定，发达国家应该在2020年前完全淘汰，发展中国家也应该在 2030年停止使用此制冷剂?。因此，寻找一种合适的制冷剂来替代 R22是很有必要的。

R410A由2种近共沸的混合物组成，主要 由氢、氟和碳元素组成(表示为 HFC)，具有无毒，稳定，性能优越等特点。同时由于不含氯元素，故不会与臭氧发生反应 ，即不会破坏臭氧层 。另外，采用 R410A的空调在性能方面也会又一定的提高 。R410A是 目前为止国际公认的用来替代收稿 日期： 2012—12—17R22最合适的冷媒 。

随着世界能源紧张和国内能效比空调准人制度的实行，如何提高换热产品的换热效率是 目前研究的方向，这就推动对换热产品的使用材料、结构等性能进行更深入的研究。相比于光管，内螺纹管增加了管内表面积，增大了管内流体的扰动，因此具有优于光管的传热性能。本文在相同的冷却水流量条件下，对 R410A在不同冷凝温度与不同管径的内螺纹管内传热性能随制冷剂流量的变化进行研究。

2 试验原理与装置
2013年第4l卷第9期 流 体 机 械 9流量在350 —400kg／(m ·S)范围内，换热系数明显低于另外几种工况条件下的换热系数，原因可能是实验时在冷凝换热量稳定前读取并导出了数据，导致换热系数变小。

3．2 质量流量对管内传热系数的影响研究了螺纹管外径为 9．52mm和 5mm，水流量为 1．0m ／h，冷凝温度为 35℃和40~C的不同工况下，管内换热系数 h，随制冷剂质量流量 G 的变化情况。结果如图5所示。

90100 350 600G [(kg／(s·m )】图5 制冷剂侧换热系数h，随制冷剂质量流量的变化从 图可以看出，制冷剂质量流量在 100 ～400kg／(m ·S)范围内，9．52ram铜管的管内换热系数随着质量流量的增加先减小后增大，但幅度都不是很大。制冷剂质量流量在 450 —600ks／(m ·s)范围内，5mm铜管的管内换热系数趋于平稳，但冷凝温度 40~C时，管内换热系数随着质量流量的增加 略有 下降，这可能是 因为虽然R410A是近共沸混合物，但也会有小的温度滑移，当流量增大时，两种混合物不能全部被冷凝，制冷剂的换热量减小导致管内换热系数下降。

3．3 质量流量对管内压降的影响制冷剂在水平管内的冷凝压降主要有摩擦压降和加速压降组成，其中，加速压降与水平管进出口的气相干度有关 卜m J。如图6所示，冷凝压降随着质量流量的增大而增大，这是因为流量的增大导致制冷剂流速增加，使得制冷剂与管壁的摩擦即摩擦压降增大。

对于 35℃和 40~C的冷凝温度，5mm铜管的冷凝压降高于 9．52mm铜管的压降，原因有以下2个方面：(1)相同制冷剂流量的工况下，5mm管径管内流速高于9．52mm管径管内流速，使得制冷剂与管壁的摩擦增大，增加了摩擦压降；(2)5mm内螺纹管的相对粗糙度高于9．52mm内螺纹管的，这样也会增加摩擦压降。

础． 钆司 图6 压降 △P随制冷剂质量流量的变化对于9．52mm内螺纹管，35℃冷凝温度时的压降略高于40℃冷凝温度时的压降；对于5mm内螺纹管，制冷剂质量流量在 350 —400kg／(m·s)范围内，35℃冷凝温度时的压降低于40℃冷凝温度时的压降，质量流量大于400 ks／(m ·s)时35℃冷凝温度时的压降高于 40℃冷凝温度时的压降，出现以上情况的原因可能是由于试验管段进出口的气相干度不同导致加速压降的不同。

4 结论(1)总换热系数随着制冷剂流量的增大而增大。但在小流量情况下，总换热系数随着流量增大而减小。对于相同管径，40℃冷凝温度的总换热系数高于 35℃冷凝温度的总换热系数。对于相同冷凝温度，5ram管径的总换热系数高于9．52mm管径的总换热系数；(2)制冷剂流量对管内换热系数影响不是很大。对于相同冷凝温度，5mm管径的管内换热系数高于9．52mm管径的管内换热系数。在大流量情况下，管内换热系数有下降趋势；(3)冷凝压降随着制冷剂质量流量的增大而增大。相同的冷凝温度，5mm铜管的压降高于9．52mm的铜管。5mm铜管质量流量在 350 ～400ks／(m ·s)范围内时，4O℃冷凝温度时的压降高于35℃冷凝温度时的压降。5mm铜管在质量流量 >400 ks／(m ·s)时，40~C冷凝温度时的压降低于35oI=冷凝温度时的压降。

参考文献[1] Richard L．Powen．CFC Phase—Out：Have We Met theChMlenge[J]．JoumM of Huofine Chemist~，2002，114(2)：237-250.

(下转第24页)24 FLUID MACHINERY Vo1．41，No．9，2013参考文献[1] 关醒凡．现代泵理论与设计[M]．北京：中国宇航出版社，2011.

[2] Gtilich J F．Centrifugal pumps[M]．Berlin：SpringerScience Business Media，2008.

[3] 邴浩，曹树良．混流泵叶轮设计正反问题迭代方法[J]．排灌机械工程学报，2011，29(4)：276-271.

[4] 杨帆，汤方平．大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟[J]．水力发电学报，2012，31(3)：217-223.

[5] 施卫东 ，邹萍萍．斜流泵性能预测与叶轮进出口环量分析[J]．农业机械学报，2011，42(9)：94-97.

[6] KIM Jin-Hyuk．An由sis and optimization of a vaneddifuser in a mixed flow pump to improve hydrodynamicperformance[J]．Journal of Fluids Engineering，2012，134(7)：24·30.

[7] Bing Hao，Tan Lei．Prediction method of impeller per-formance and analysis of loss mechanism for mixed—flow pump[J]．Science China Technological Sciences，20l2，55(7)：1988-1998.

[8] 潘中永．斜流泵不稳定特性及旋转失速研究[J]．农业机械学报，2012，43(5)：64-68.

[9] Miyabe M，Furnkawa A．On improvement of character-istic instability and internal flow in mixed flow pumps[J]．Journal of fluid science and technology，2008，3(6)：732-741.

[10]Felix A M，Peter H，Philippe D．CFD calculation of amixed flow pump characteristic from shutof to maxi—mum flow[J]．ASME Journal of Fluids Engineering，2002，124(11)：798-802.

[1 1]Wang Chuulin，Li Changjun．Circulation distribution ofhigh specifc speed mixed-flow pumps[J]．AppliedMechanics and Materials，2012，130(12)：1982—1985.

[12]张德胜．轴流泵叶轮非线性环量分布理论及实验研究[D]．镇江：江苏大学 ，2010.

[13]Rikke K B，Nicholas P．Flow in a centrifugal pump im-peller at design and of-design conditions- part I：large eddy simulations[J]．ASME Journal of FluidsEngineering，2003，125(8)：73-83.

[14]Miyabe M，Furukawa A．On improvement ofcharacter-istic instability and internal flow in mixed flow pumps[J]．Journal of Fluid Science and Technology，2008，3(6)：732-741.

[15]李伟，施卫东，张德胜，等．基于流固耦合方法的斜流泵叶轮强度分析[J]．流体机械，2012，4O(12)：26—29.

[16]张德胜，施卫东，陈斌，等．轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析[J]．流体机械，2013，41(4)：25.

29.

[17]高俊峰，邓杰章，王文灿，等．减底渣油泵P-17／1出口弯头爆管失效分析[J]．压力容器，2010，27(1O)：39，50-53.

[18]Zhang Desheng，Shi Weidong．Unsteady flow analysisand experimental investigation of axial—flow pump[J].

Journal of hydrodynamics．2010，22(1)：35．43.

作者简介：欧鸣雄(1983一)，男，博士研究生，主要从事斜流泵水力模型设计和优化研究，通讯地址：212013江苏镇江市江苏大学流体中心。

(上接第9页)[2] 石毅登，田怀璋，张小艳．近共沸混合制冷剂R410A的研究进展[J]．流体机械，2004，32(9)：60—64.

[3] 段雪涛，高凤玲，邬志敏，等．R410A替代R22空调蒸发器的换热性能[J]．河南科技大学学报，2009，30(2)：54-56.

[4] 王勤，陈福胜，朱志伟，等．HFC161混合物作HCFC22替代制冷剂的实验研究[J]．工程热物理学报 ，2009，30(2)：202-204.

[5] 刘荣，陶乐仁，高立博．R410A在内螺纹管内无润滑油沸腾换热实验研究 [J]．制冷学报 ，2011，32(4)：20-24.

[6] 杨世铭，陶文铨．传热学[M]．北京：高等教育出版社，1998.

[7] 靳遵龙，刘东来，刘敏珊，等．超临界 CO：冷却条件下水平微圆管中对流换热特性[J]．压力容器，2012，29(7)：9—13，78.

[8] 曾宪阳，王洪利，马一太．CO：跨临界循环和氟利昂制冷剂循环性能分析[J]．流体机械，2011，39(6)：80．85.

[9] 金从卓，王正，王铁军，等．HLD-40b高温空调混合剂冷却替代研究[J]．流体机械，2011，39(1)：62-64．24.

[10]韩晓霞，南晓红，刘咸定，等．R290与R404A在水平管内沸腾换热的压降研究[J]．制冷学报，2006，27(2)：17-20.

作者简介：张宗楠(1988一)，男，在读硕士研究生，通讯地址：200090上海市杨浦区军工路 516号上海理工大学动力馆 1 13。