润滑油对管内沸腾换热影响研究综述

润滑油对管内沸腾换热影响研究综述摘要:润滑油的存在会对管内流动沸腾换热产生影响,不同粘度、浓度的润滑油影响效果不同,不同的换热条件,如干度、质量流量、热流密度的变化也会改变润滑油对换热的影响。因此,本文对相关文献的研究成果进行了回顾,分析和总结了润滑油对管内流动沸腾换热的影响。1润滑油对流动流型的影响WorsoeandSehmidt(1960)是最早研究润滑油对流型影响的学者。他们指出在蒸发过程中,制冷剂一润滑油的高表面张力增加了湿周能力,而发泡效应也增加了这种能力。另外,作者还观察到在气液界面处有一层薄膜,其表面张力较高,因此增加了气液两相的接触面积。ManwellandBergles(1994)对质量流量80kg/(m2·S),润滑油浓度分别为0%,1%,2%和5%的R.12/300SUS混合物在光管内的沸腾换热流型进行了试验研究。当润滑油浓度为1%时,作者发现了轻微的发泡现象,但流型相对于纯制冷剂流型没有改变。2%浓度时,流型发生了变化,泡沫沿着管壁开始涌动,环状流当油浓度继续增向半环状流转变。当油浓度增大到5%时,现象基本相同。当油浓度继续增加时,管壁顶部出现珠状凝结,这是由于混合物飞溅而成的。作者将上述现象的产生归结为表面张力和粘度的增加。另外,泡沫产生作用也一定程度上影响了流型的转变。与纯制冷剂相比,混合物能在较低的质量流量下出现环状流。ManwellandBergles还尝试了通过使用混合物的物性在Baker流型图中预测制冷剂一润滑油混合物的流型变化,不过预测结果与实际观察相差较大。作者认为产生较大误差的原因是因为Baker流型图的预测没有考虑表面张力和发泡作用,如果加入,预测的准确性可能会提高。Wongwises(2002)对一134a/PAG油光管内流型进行了研究,试验中油浓度固定为5%,质量流量在150.500kg/(m2·s)变化,试验结论与ManwellandBer91es(1994)基本相同,所有的试验现象,如环状流的提前发生,管顶珠状富油层等现象均有发生。作者用粘度、表面张力、接触角和发泡效应四个因素对试验现象进行了解释,并重点强调了发泡效应的作用。作者还认为混合物表面张力的增加也促进了泡沫的产生。他们将其试验结果与Wang(1997)相近工况下R-134a试验结果进行了比较,发现混合物在较小的质量流量下就能出现环状流。另外,作者还将观察到的流型变化与Mandhane流型图进行了比较,但相差较大。相对于光管,微肋管自身的结构特点能促进环状流的形成。ChoandTae(2000)对纯制冷剂在微肋管中的流型进行了研究,发现当质量流量和入口干度在很大的范围内变化时,管内绝大多数区域均处于环状流。这种情况下润滑油对流型的影响作用会相对降低。ManwellandBergles(1994)使用R.12/300SUS对微肋管和光管内的流型进行了可视性观察,发现与光管相比,微肋管和润滑油都促进了环状流和半环状流的发展。微肋管中,润滑油的存在导致了半环状流区间的延长,特别是在中等干度区域。另外,微肋管的结构还会抑制发泡效应,当质量流量为75kg/(m2·s),油浓度为5%,人口干度为13%时,光管管侧观测到较大的波状涌动;而相同工况下,微肋管内则没有这种现象,流型仍然保持层流,管壁一侧有轻微的发泡效应,另一侧则被完全抑制。关于这种不对称现象,作者认为是由微肋管的螺纹角引起的。HaandBergles(1993)发现微肋管中的润滑油仅在质量流量很低时才会增大管壁的润湿作用。在其试验中,当质量流量为50kg/(m2·s),干度为50%时,微肋管的管顶都会出现明显的富油层,可以看出微肋管明显的抑制了润滑油的发泡效应。另外,纯工质在微胁管内流动,当质量流量为50kg/(m2·s),干度为84%时,管壁温度从底部到顶部单调减少;当油浓度为5%的混合物在同样的管子和工况下流动时,在整个干度范围内,管壁温度从底部位置(0。)开始单调下降,在135。处出现最低温度,然后转而上升;当油浓度为1%时,管底和管顶的温度却是最高的。造成这种差异的原因在于微肋管管顶处的油浓度较大,油层减小了管顶的传热能力。综上所述,可以知道润滑油通过改变流型来影响流动沸腾传热这主要与润滑油的物性特点有关:粘度大、表面张力大以及发泡效应。与纯制冷剂相比,制冷剂一润滑油混合物的粘度和表面...

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