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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

R134a两相流换热可视化平台设计与运行 - 第 30 卷第 14 期 2010 年 5 月 15 日 文章编号:0258-8013 (2010) 14-0083-07 中 国电机工...