231 水平微光管内工质冷凝换热估算示例

231 水平微光管内工质冷凝换热估算示例

说明

当手边没有特定工质基于实验数据关联的管内冷凝换热系数方程时，可考虑采用通用预测型方程估算（误差通常大于实验关联型方程）。工质冷凝换热的通用型估算方程很多，本篇方程较适于近HC类工质，可估算不同干度下工质的冷凝换热系数。

考虑到工质在冷凝器中主要包括过热段和冷凝段（通常还有过冷段，但比例相对较小），工质在冷凝器中的平均换热系数可近似按干度为0.2～0.3时的换热系数估取。

（1）估算方程

a=a_L(1+(2.5/c^0.912))

a_L=0.023R_eL^0.8P_rL^0.4k_L/D

R_eL=GD(1-x)/u_L

P_rL = u_Lc_L/k_L

c=((1-x)/x)^0.8(p/p_c)^0.5

式中，a为工质在管内的冷凝换热系数，W/(m².K)；a_L为管内饱和液的换热系数，W/(m².K)；c为修正系数，无因次；R_eL为饱和液的流动雷诺数，无因次；P_rL为饱和液的普朗特数，无因次；k_L为饱和液的热导率，W/(m.K)；D为管的内直径，m；G为工质在管内的质流密度，kg/(m².s)；x为工质湿蒸气的干度（饱和气与饱和液混合物中饱和气的质量比率），无因次；u_L为饱和液的动力黏度，Pa.s；c_L为饱和液的比热，kJ/(kg.K)；p为工质的冷凝压力，Pa；p_c为工质的临界压力，Pa。

部分工质的临界压力如下（10⁵Pa）。

R22   50.00

R23   48.00

R32   58.08

R123  36.73

R124  36.60

R125  36.20

R134a 40.61

R142b 40.41

R143a 37.69

R152a 45.09

R227ea 29.43

R236fa 31,80

R245fa 36.44

R290  42.48

R600a 36.40

R717  114.17

R718  221.03

R744  73.72

（2）计算示例

R134a在内直径为2mm的水平管内冷凝放热，冷凝温度为60℃，质量流量为2.5g/s，计算工质在管内的冷凝换热系数。

60℃时R134a的热物性（查工质的饱和热力性质表-搜索“冷热平台”中《R134a热物性》一篇）及具体计算过程如下：

工质的冷凝压力：

p=16.82*10⁵Pa

工质的临界压力：

p_c=40.61*10⁵Pa

修正系数为：

工质干度为x=0.2时：

c_0.2=((1-x)/x)^0.8(p/p_c)^0.5

=((1-0.2)/0.2)^0.8(16.82/30.61)^0.5=4*0.6436=2.5744

饱和液动力黏度：

u_L=1.24*10^-4Pa.s

饱和液比热：

c_L=1660J/(kg.K)

饱和液热导率：

k_L=0.66W/(m.K)

饱和液普朗特数：

P_rL = u_Lc_L/k_L

=1.24*10^-4*1660/0.66=0.311

工质的质量流量密度：

G=0.0025/(0.25*3.14*0.002²)=796kg/(m².s)

饱和液雷诺数：

工质干度为x=0.2时：

R_eL0.2=GD(1-x)/u_L

=796*0.002*(1-0.2)/( 1.24*10^-4)

=10270

工质干度0.2时饱和液换热系数：

a_L=0.023R_eL0.2^0.8P_rL^0.4k_L/D

=0.023*10270^0.8*0.311^0.4*0.66/0.002=0.023*1619*0.6268*330=7702W/(m².K)

工质干度0.2时冷凝换热系数：

a=a_L(1+(2.5/c^0.912))

=7702*(1+(2.5/2.5744^0.912))

=7702*(1+(2.5/2.3688))

=7702*(1+1.055)=15828 W/(m².K)

●研讨

示例计算在方程引用、数据查取、计算过程等方面是否有偏差？

工质冷凝换热系数随干度增大如何变化，为什么？

文中估算式对非极性工质是否适用？

工质在冷凝器中的平均冷凝换热系数与干度多少时的冷凝换热系数相近，主要与哪些因素有关，如何选取当量干度？可否通过沿程多点平均法获得更准确些的估算数据？

文中估算式可否用于工质在竖直微光管中的冷凝换热？