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R134a两相流换热可视化平台设计与运行_陈常念

第 30卷 第 14期 中 国 电 机 工 程 学 报 V ol.30 No.14 May 15, 2010 2010年 5月 15日 Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 83 文章编号:0258-8013 (2010) 14-0083-07 中图分类号:TK 121 文献标志码:A 学科分类号:470⋅10

R134a 两相流换热可视化平台设计与运行 陈常念,韩吉田,邵莉,陈文文

(山东大学能源与动力工程学院,山东省 济南市 250061)

Design and Operation of Visual Two-phase Flow Experiment Platform

Using R134a as Working Fluid

CHEN Chang-nian, HAN Ji-tian, SHAO Li, CHEN Wen-wen

(Institute of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061,Shandong Province, China)

ABSTRACT: A visual two-phase flow experiment platform using alternative refrigerant R134a as working fluid was built according to principle of condensation heat transfer to study the characteristics of two-phase flow and visualization of flow pattern, which was primarily made up of circle power, cooling/heating sources, contrastive test sections, accumulator and data acquisition system. A parallel test section was designed for investigation on characteristics of two-phase flow in both horizontal helically-coiled tube and horizontal straight tube, and a reservoir and two visual sections made of electric melting-quartz glass were designed to observe flow patterns. Test results show that heat losing of the system is no more than 5%, leak ratio is no more than 6kPa/24h at 2.0MPa and electric melting-quartz glass is hard enough and utilizable for visual study. Under the conditions of pressures of 0.20-1.30MPa, mass fluxes of 61-550kg/(m2⋅s), outlet qualities of 0.02-0.52, five kinds of typical flow patterns, bubble flow, slug flow, stratified flow, wave-stratified flow and annular flow, has been observed. Especially, a new flow pattern named wave-annular flow in this paper is found, which is intervenient of wave-stratified flow and annular flow.

KEY WORDS: two-phase flow; R134a; condensation heat transfer; visualization; experiment platform

摘要 :为分析两相流传热特性和实现流型可视化研究, 以替 代工质 R134a 凝结换热两相流动为对象,设计了一个由循 环动力、 冷热源、 对比实验段、 储液蓄能装置和数据采集系 统等部分组成的环路。 重点制作了卧式螺旋管和水平直管对 比实验段、可视化电熔石英玻璃储液罐及流型观察实验段。

基金项目 :国家自然科学基金项目 (50776055);山东省自然科学基 金项目 (Y2007F10)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50776055); Natural Science Foundation of Shandong Province (Y2007F10). 调试运行结果表明,保温热损失小于 5%,密封试压在 2.0MPa 条件下漏率小于 6kPa/24h , 电熔石英强度高、 透明 度好, 适于流型观察; 在压力 0.20~1.30MPa , 质量流速 61~ 550kg/(m2⋅s) , 干度 0.02~0.52条件下拍摄到泡状流、 弹状流、 分层流、 波状分层流和环状流等 5种典型流型, 并观察到一 种介于波状分层流和环状流之间的波环状流的新流型。 在调 试运行范围内实验系统工作稳定可靠, 满足中低压条件下两 相传热特性和流型研究的要求。

关键词 :两相流; R134a ;凝结换热;可视化;实验台 0 引言

两相流动的压降、 换热特性及流型可视化研究 对深入分析流动机制和指导工程实践具有重要意 义。目前,西安交通大学动力工程多相流国家重 点实验室的高温高压汽水系统 [1-2]、 美国 Purdue 大 学沸腾两相流实验系统 [3]、 加拿大原子能公司白垩 河实验室和蒙特利尔工学院的汽水高
压循环系统 等 [4-5]主要用于开展高参数汽水两相流的研究,这 些实验系统投资巨大,可视化的研究也十分困难; 中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家 重点实验室的大型氟利昂系统 [6]主要是以氯氟碳 化物 (chlorofluorocarbons, CFCs) 类淘汰工质为实 验介质的。加拿大渥太华大学机械工程系和韩国 KAIST 的 R134a 实验回路 [5,7]主要针对垂直直管和 水平直管试验段开展流动传热研究;重庆大学、 东北电力大学等 [8-9]也拥有一些小型两相或三相流 动实验平台,主要用于两相或三相流动传热特性 研究与分析,仅开展过直管内的可视化研究,对 螺旋管和直管的可视化对比实验研究则很少涉 及。相对高温高压汽水而言, R134a 汽化潜热小、 运行温度和压力低,用作流动工质可比传统条件

两相流动的压降、 换热特性及流型可视化研究 对深入分析流动机制和指导工程实践具有重要意 义。目前,西安交通大学动力工程多相流国家重 点实验室的高温高压汽水系统 [1-2]、 美国 Purdue 大 学沸腾两相流实验系统 [3]、 加拿大原子能公司白垩 河实验室和蒙特利尔工学院的汽水高压循环系统 等 [4-5]主要用于开展高参数汽水两相流的研究,这 些实验系统投资巨大,可视化的研究也十分困难; 中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家 重点实验室的大型氟利昂系统 [6]主要是以氯氟碳 化物 (chlorofluorocarbons, CFCs) 类淘汰工质为实 验介质的。加拿大渥太华大学机械工程系和韩国 KAIST 的 R134a 实验回路 [5,7]主要针对垂直直管和 水平直管试验段开展流动传热研究;重庆大学、 东北电力大学等 [8-9]也拥有一些小型两相或三相流 动实验平台,主要用于两相或三相流动传热特性 研究与分析,仅开展过直管内的可视化研究,对 螺旋管和直管的可视化对比实验研究则很少涉 及。相对高温高压汽水而言, R134a 汽化潜热小、 运行温度和压力低,用作流动工质可比传统条件

R134a两相流换热可视化平台设计与运行

学科分类号:470?10 83 文献标志码:A R134a 两相流换热可视化平台设计与运行陈常念,韩吉田,邵莉,陈文文 (山东大学能源与动力工程学院,山东省 济南市 250061) ...

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