微细通道内CO2沸腾换热与干涸特性



微细通道内CO2沸腾换热与干涸特性

陆至羚1，柳建华1，2，张良1，张瑞1，吴昊1，祁良奎1

（1上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093；2上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海200093）

摘要：CO2作为一种天然制冷剂在微通道内应用具有很大的换热优势，然而由于微尺度效应及其物性，在低干度区容易发生干涸，严重影响换热效果。为研究微细通道内CO2流动沸腾换热与干涸特性，搭建了相应实验装置，对内径分别为1mm、2mm、3mm以及内表面粗糙度为16μm的不锈钢管，在CO2制冷剂热流密度2～34kW/m2、质量流率50～1350kg/(m2·s)、饱和温度−10～15℃下进行换热性能与干涸实验对比研究。结果表明：常规管径换热特性在微细通道内不再适用；热流密度的增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响，高于临界热流密度（critical heat flux，CHF）则发生干涸；质量流率对于核态沸腾区换热系数的影响则较小；不同饱和温度时换热特性有所不同，高饱和温度下换热系数随其升高而提高，低饱和温度下则相反；干涸过程对总换热系数的影响占34%。研究结论为CO2微通道换热器的研究开发提供理论依据。

关键词：二氧化碳；微通道；沸腾换热；临界热流密度；干涸；微尺度

第一作者：陆至羚（1991—），女，硕士研究生，研究方向为制冷与空调。E-mail lingling6243@hotmail.com。

随着温室效应的日趋严重，找寻一种高效换热的环保制冷剂变得越发紧迫。较传统制冷剂而言，CO2在管内液膜较薄，易形成核态沸腾，且导热系数较高，在传热效率上有较大优势[1-3]，同时微通道的尺度效应能强化两相传递性能[4-5]。……