微通道蒸发器流量分配特性及气体导流强化换热研究

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微通道蒸发器由于比表面积大,换热效率也得到了极大提高,在空调制冷、电子元件及航空发动机热管理等方面都具有巨大的应用和发展前景。但是,在实际应用过程中,由于支管众多且两相流动容易出现气液分层导致流量分配不均匀,出现干蒸与供液过多,换热面积无法充分利用,使得换热性能恶化。且在研究流量分配特性过程中,难以直接测量得到各扁管流量,且蒸发器当中制冷剂为气液两相流,理论分析和模拟计算难度较大。因此,本文搭建微通道蒸发器性能测试试验台,采用红外热像仪进行拍摄以获得蒸发器表面温度分布云图,对流量分布规律表征方法进行探究,改变制冷剂质量流量和风速,分析不同工况下第一及第二流程制冷剂流量分配规律;并在蒸发器中间集管处设置导汽管,导出部分气相制冷剂,对微通道蒸发器换热及流动特性进行研究,以改善流量分配不均匀性,具体研究结果如下:(1)双流程微通道蒸发器第一流程中,通过蒸发器表面温度结合空气侧与制冷剂侧热平衡关系计算可得到流量分布规律,且与实际表面温度及过冷段、两相段分布规律相吻合,计算得到的总流量与实际测量得到的总流量相差不超过30%。但在第二流程中,因其大部分扁管内制冷剂未完全蒸发,无法准确得到的扁管流量分布,可以根据两相段长度表征液相流量分布规律。(2)在不同的入口制冷剂流量及风速下,双流程微通道蒸发器第一流程的制冷剂流量主要分布在底部,各扁管间流量分配不均匀,扁管的流量不均匀度最大可以达1.3。在第二流程中,两相段较长的扁管也主要分布在底部,在靠近集管顶部的扁管,随着扁管序号的增加,越靠近集管顶部,其两相段长度越小。(3)在不同风速下,气体导流管流量平均为微通道蒸发器入口制冷剂流量的1.4%时,加气体导流装置的微通道蒸发器过热度更低,与不加气体导流装置相比,最大降幅达45.4%,但二者之间换热量相差不大,换热量相差不超过0.5%。同时,二者传热系数也相差不大,不超过6.9%。设置气体导流后,加气体导流装置微通道蒸发器压降更小,与不加气体导流装置的微通道蒸发器压降相比,降幅最高达7.4%。(4)在不同入口制冷剂流量下,气体导流管流量平均为微通道蒸发器入口制冷剂流量的1.2%时,加气体导流装置的微通道蒸发器传热系数更高,但不加气体导流装置的微通道蒸发器换热量整体上略高一些,二者相差不大,最大不超过0.3%,且其过热度也更高一些。同时,加气体导流装置的微通道蒸发器压降更小,与不加气体导流装置相比,降幅最大达9.2%。(5)通过设置气体导流装置将气相制冷剂导出中间集管后,当气体导流管流量平均为微通道蒸发器入口制冷剂流量的1.4%时,第二流程顶部扁管的两相段长度与不加气体导流装置相比明显扩大,最大增幅达87.3%。当气体导流管流量平均为微通道蒸发器入口制冷剂流量的1.2%时,其第二流程顶部扁管两相区域也有所增加,其两相段长度最大增幅达67.3%,第二流程顶部扁管的干蒸情况得到了缓解。
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