R404A在低导热系数管外凝结传热的实验研究
强化管材质的导热系数对膜状凝结传热过程具有重要的影响, 本文通过实验对比了铝黄铜和白铜两种材料制成的三维高效管和低助管的凝结传热特性结果表明对于同种材质的强化管, 三维高效管比低肋管强化效果好；当强化类型相同时, 较低导热系数管冷凝管传热系数较低，即铝黄铜的凝结传热强化效煨优于白铜。
本文釆用R404A作为工质 , 通过实验研究了铝黄铜（HAL77-2）和白铜（BFe30-1-1）强化管的凝结换热特性, 其中低助管及三维高效管各两根 , 分别由铝黄铜和白铜制成 。
实验系统如图1所示, 整个系统由三个循环构成, 即制冷剂循环系统, 加热水和冷却水循环 系统。蒸发器中的制冷剂被通有加热水的蒸发管加热后蒸发, 气态的制冷剂沿上升管进入冷 凝器中 , 再被通有冷却水的冷凝管冷却凝结成液态, 由重力作用沿下降管返回蒸发器。
加热水和冷却水分别由水泵输送, 经由自制的称重式流量计, 再分别流经蒸发管和冷凝管 , 最后返回储水箱。冷却水箱和加热水箱均配有加热和冷却装况, 以使冷却水或加热水达到所需要的温度 。
实验管进出水温 由自制铜-康铜热电偶测量，进出水温差由6对铜-康铜热电偶组成的热电堆测定。实验管进出水温由自制铜-康铜热电偶测址, 进出水温差由6对铜-康铜热电偶组 成的热电堆测量。热电偶以及热电堆均由二等标准水银温度计标定。蒸发器和冷凝器内 的温度由A级精度的铂电阻温度计监测。系统内压力实验工况下的饱和压力对应, 它由量程为2.5MPa，精度0.25级的压力表测定。
铝黄铜管和白铜管的导热系数分别为104.7，28.9Wm-1.K-1 , 为了保证所扣除的热阻计算的 精度, 实验管采用光滑内表面管。为研究不同材料对强化结构的影响, 分别用每种材料制 作了低管维髙效管, 实验管的照片见图2 , 相关参数见表1。
本文实验在饱和温度为30℃或40℃下进行, 相关热物性参数从下面文献中查取。实验热流密度范围为20~100 kW.m-2。
2.1 总传热系数
总传热系数由式⑴获得 ：
式中, φ中为热流量AO为实验胚管外表面面积,为对数平均温差, 热流密度q=φ/AO, 实验中 确保各测点的蒸发与冷凝换热的热平衡偏差小于5%，以二者的平均数作为计算总传热系数的换热量。
2.2管内对流传热系数
管内强制对流传热系数由Wilson热阻分离法分离得出
为强化倍率, 即强化管与同管径的光滑管传热系数之比, 文中换热管内表面为光滑表面, 强化倍率为1, hip为光管内水侧传热系数, 由Gnielinski公式求得。这里无论内外有否强化换热系数的计兑面积均为胚管的相应面积。
2.3管外表面传热系数
由热阻分离法式（2）分离出管外表面传热系数，
式中, 为管外表面传热系数, k为总传热系数, hi为管内侧表面传热系数, hi为污垢热阻(在实验前对管路进行了清洗, 运行时间短,可忽略), Rw为管壁热阻, Ai和Ao分别为强化管胚管内表面积和外表面积 。
2.4实验不确定度分析
根据下面文献的方法对实验结果进行不确定度分析, 对本文所有传热管, 总传热系数K的不确定度小于5.3%，管外凝结传热系数的不确定度小于30%。
3.1实验统可靠性验证
为了验证实验系统的可靠性，本文首先将R134a在光滑铜管面的凝结传热的实验结果和Nusselt理论解叫进行对比，结果如图3所示，在饱和温度40℃（Pn=1.01MPa），实验结果和Nusselt理论解偏差小于10%，因此本文实验结果是可信的。
3.2总传热系数比较
图4给出了管内冷却水流速对强化管总传热系数的影响。从图中可以看出, 随着流速的增 大, 每根管的总传热系数增大, 此时总传热系数增大系由于管内对流传热系数的增大所致 。
图5还表明, 测试工况相同时, 同种强化结构的铝黄铜管比白铜管强化换热效果好；同种材料的三维高效管比低肋管的强化换热效果好, 这一特性纯质R134a相似。
3.3眷外凝结传热系数比较
图5为四根强化管（1-4）管外凝结传热系数随热流流密度的变化关系。从图中可以看出 随着热流密度的变化, 三维高效管（1-2）和低肋管（3-4）表现出了不同的变化趋势。从图 中还可以看出, 对相同的强化结构, 1的管外传热系数比2大的70%—80%，3管外传热系 数比4大5%-15%，造成这一差別的与不同材料的肋效率不同有关。有研究发现 , 较小导热系数导致较低的肋效率, 从而使管外凝结传热系数减小。
针对低助高、小节距传热管, Rudy和Webb建立了肋表面凝结换热系数的计算公式, 见式 ：
式中,Ah、Av分别为低肋管肋根 (水平部分) 和 肋侧(垂直部分) 的面积,,Ah和Av分别是以上两部分对应的凝结换热系数, 二者均可由Nusselt水平管外和竖壁的冷凝换热公式计算所得 , ηt为肋效率, θ为表面张力作用下引起的凝结液集聚区对应的角度。由式（3）可知 , 助效率直接影响管外凝结换热系数, 并且低导热系数使肋效率降低 , 从而导致凝结传热系数减小。因此不同材料的翅片管的凝结传热系数也不相同, 而光滑管的凝结传热系数与管材的导热系数无关。
本文对在不同材质不同强化类型管外的凝结换热进行了实验研究 , 主要结论 如下：
（1）对于低导热系数管, 三维髙效管比低助管强化效果更好。
（2）材料的导热系数影响强化结构的肋效率。对于相同类型的强化管, 导热系数较大的销 黄铜管的强化效果比导热系数较小的白铜管好。