新型相分離冷凝器相變傳熱強化機理研究

徐進良

摘 要：該研究針對有機工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件冷凝器，創(chuàng)新性地提出了流型調(diào)控的新概念，通過采用相分離概念，在冷凝管內(nèi)插入柱狀金屬絲網(wǎng)，在毛細力的作用下，液體被自動吸入到金屬網(wǎng)內(nèi)，而氣相在管內(nèi)壁和金屬網(wǎng)之間的環(huán)形間隙內(nèi)流動，達到了流型調(diào)控的目的。該研究通過無相變空氣-水兩相流型調(diào)控實驗和數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)：（1）水平光滑管內(nèi)的分層流，經(jīng)過新型結(jié)構(gòu)管后，液體被全部吸入金屬絲網(wǎng)而導(dǎo)出，氣體則全部保留在了環(huán)形間隙內(nèi)；（2）水平光滑管內(nèi)的間隙流，經(jīng)過新型結(jié)構(gòu)管后，部分液體被吸入金屬絲網(wǎng)而導(dǎo)出，氣泡則在環(huán)形間隙內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R鞍形，從而大大增大了氣相與管內(nèi)壁的接觸面積，形成大面積薄液膜傳熱，同時氣相被加速，強化了對流傳熱；（3）垂直光滑管內(nèi)的間歇流，經(jīng)過新型結(jié)構(gòu)管后，由于絲網(wǎng)表面張力作用，氣彈進入環(huán)隙區(qū)域，形成拉長的環(huán)形氣彈，氣彈與管內(nèi)壁的接觸面積變大，液膜厚度大幅減薄，同時氣彈上升速度大幅提高，引起環(huán)隙區(qū)域和核心區(qū)域內(nèi)的流體通過網(wǎng)孔面進行強烈的質(zhì)量與動量的交換并在核心區(qū)域產(chǎn)生自維持脈動流，以上因素均有利用提高設(shè)備換熱性能。 該研究通過光管與內(nèi)插絲網(wǎng)管的R123水平管內(nèi)冷凝對比實驗以及光管與內(nèi)插銅粉燒結(jié)管的R245fa傾斜內(nèi)冷凝對比實驗研究，得出：不銹鋼絲網(wǎng)管和銅粉燒結(jié)管均通過流型調(diào)控強化了管內(nèi)冷凝，實驗工況范圍內(nèi)，最大傳熱強化比達兩倍以上，綜合評價因子達到1.7。……