CO2微细通道流动沸腾换热干涸特性

吴昊，柳建华，张良，姜林林，丁杨，梁亚英

（上海理工大学制冷技术研究所，上海 200093）

引 言

当前在制冷研究领域如何提高制冷系统效率与避免其对环境的污染是备受研究人员关注的共同课题，采用高效换热器与环保制冷剂是解决上述问题的最主要手段。CO2作为一种无毒不可燃的天然制冷剂，不仅具有良好的热物性且ODP 值为0，其应用于制冷系统的微细通道换热器中不需加大换热器壁厚与额外耗材即能满足其高压的运行特性；同时与常规制冷剂相比，相同工况时CO2受换热器压降导致的蒸发温度变化更小，微细通道换热器能够更加高效与紧凑，根据行业发展分析，在未来的5年微细通道换热器的市场份额将会从目前的3%上升到40%。以CO2热泵热水器为例，至2009年10月底在日本国内的销量已经达到两百万台，日本政府预计到2020年CO2热泵热水器销量将达到一千万台[1]。我国对于CO2制冷技术的研究主要处于理论与实验阶段，例如CO2压缩机等核心部件仍依靠进口，因此对该领域的研究急需获得突破性进展[2]。

CO2制冷剂传热系数高于常用的传统制冷剂，但从制冷系统的传统尺度换热器管内沸腾换热效果来看，CO2制冷剂在总体效果上不尽理想。现有的研究表明，在制冷剂的低干度区域，由于CO2有较大的气体和液体热导率、较小的表面张力、较小的气液密度比和黏度比，将产生更多的汽化核心，提高了CO2的传热系数[3]。Yun 等[4]研究了CO2沸腾传热系数随制冷剂干度的变化趋势，在中低干度区，CO2沸腾传热系数随热通量的增加而增加，受质量流率的影响不大，认为在CO2流动沸腾中核态沸腾占主要作用。……