为了促进环保制冷剂R410A在制冷空调紧凑式换热器设计中的实际应用，研究了R410A-油混合物在小管径光管内的流动沸腾摩擦压降特性，测试管的外径为5mm，内径为4.18 mm。实验结果表明：对于纯制冷剂R410A，小管径管内的摩擦压降随着干度的增大先增大后减小，峰值出现在干度为0.7～0.8左右处；R410A-油混合物的摩擦压降随平均油浓度、干度和质量流率的增大而增大，当油的平均质量分数wno从0%增长到5%，在干度为0.9的高干度工况下，摩擦压降最大可增加80%～120%。R410A-油混合物在5mm小管径光管内流动沸腾的摩擦压降与7mm光管相比大约增大10%～50%。基于混合物性开发了R410A-油混合物在5mm小管径光管内流动沸腾的摩擦压降关联式，新的关联式预测值与94%的实验数据误差在±20%以内，平均误差为8.5%。环保替代工质R410A为近共沸混合物，温度滑移微小，是R22的理想替代物。近年来，随着R410A空调器越来越多地出现在市场中，使得替代工质R410A的研究更加迫切。为了节能和节材，目前换热器的设计越来越小型化。换热器小型化虽然可以改善环境效益和能源效率，但需要对现有系统和部件重新进行优化设计，其中换热器优化设计的一个重要前提是要了解制冷工质在小管径换热管内的流动沸腾摩擦压降特性。在制冷系统中，由于制冷剂对油有较好的溶解性，当压缩机开始运行时，势必有一定量的润滑油随制冷剂循环进入制冷系统，从而影响管内流动沸腾的摩擦压降特性。因此需要了解R410A-油混合物在小管径换热管内流动沸腾的摩擦压降特性。按照Mehendal等对换热管径尺度的定义，管径为100μm～6mm的换热管为中尺度类型，介于常规尺度(管径大于6mm)和微尺度(管径为1～100μm)之间。相对于微尺度换热管，这种中尺度换热管更有可能被应用于实际的小型紧凑式空调换热器中，本文称之为小管径换热管。由于毛细作用的存在，小管径换热管与常规尺度换热管内的摩擦压降特性是不同的。人们对R410A-油混合物在管径大于6mm的常规尺度换热管内的摩擦压降特性进行了研究，但是，目前尚无R410A-油混合物在小管径换热管内流动沸腾压降特性的研究报道。为了推动环保制冷剂R410A替代R22的进程，并促进小管径换热管在制冷空调紧凑式换热器设计中的实际应用，本文研究制冷剂R410A-油混合物在 5mm小管径光管内的流动沸腾摩擦压降特性，分析润滑油的存在对小管径换热管内摩擦压降特性的影响，并基于混合物性开发适用于R410A-油混合物在小管径光管内流动沸腾的摩擦压降关联式。实验装置共包括3个回路：制冷剂主回路、制冷剂旁通回路和润滑油回路。有关实验原理和装置的详细介绍可参见文献。实验对象为水平直光管，长1400mm，外径5mm，内径4.18mm，测试管外均匀布置电加热带，电加热带外包有隔热层和隔气层，与环境绝热。实验所用的制冷剂为R410A，润滑油为酯类油RB68EP。实验工况如下： te = 5 ℃，G= 200～400 kg/ ( ㎡· s) ，q= 6. 91～13.81 kW/㎡，测试段入口 x = 0. 1～0.8 ，wno = 0 %～5 %。R410A-油混合物管内流动总体压降 Δpr ,o ,total由摩 擦压降Δpr ,o ,frict 、加速压降Δpr ,o ,acc和重力压降Δpr ,o ,W 3 部分组成。因此 ，摩擦压降可以表示为：平均油浓度定义为润滑油在制冷剂-油混合物中所占的质量分数 ，制冷剂和润滑油的质量流量分别由质量流量计测得。平均油浓度的计算公式为：为了确认测试段注油浓度的准确性，在制冷剂主回路的混合室出口与电子膨胀进口之间布置了采样口，对注油浓度和采样油浓度进行对比.。通过对 G = 400 kg/( ㎡· s) 部分工况下按照文献进行实时采样 ，对比结果表明 ，两者最大偏差小于8.4 %。考虑实验设备的测量精度，对实验参数进行不确定性分析。图1给出了R410A-油混合物在质量流率为200、300、400kg/( ㎡· s) 时，两相摩擦压降梯度 p ( p =Δpr ,o ,frict / dL) 随 wno和 x 的变化。到目前为止，还没有R410A-油在5mm小管径光管内的压降关联式。图4给出了此关联式预测值Δpr ,o ,frict ,p 与R410A-油在5mm光管内摩擦压降实验值Δpr ,o ,frict ,exp 的对比。由图可见，已有的关联式预测值与实验值的误差为20 %～ + 55 %，不能很好地预测R410A-油混合物在5mm光管内流动沸腾的摩擦压降，因此有必要开发新的适用于5mm光管的摩擦压降关联式。(1) 对于纯制冷剂R410A，小管径内的摩擦压降随着干度的增大先增大后减小，峰值出现在干度为0.7～0.8左右；R410A-油混合物的摩擦压降随平均油浓度的增大而增大，当wno从0%增长到5%时，在干度为0. 9的高干度工况下，摩擦压降最大可增加80%～120%；随着质量流率的增加，油的存在对摩擦压降的增强作用减小。(2) R410A-油混合物在5mm小管径光管内流动沸腾的摩擦压降比7mm光管的摩擦压降增大10 %～50 %；已有的R410A-油在7mm光管内的压降关联式不能很好地预测5mm小管径光管内的压降特性。(3) 基于混合物性开发了R410A-油混合物在5mm小管径光管内流动沸腾的摩擦压降关联式，新的关联式预测值与94%的实验数据误差在±20%以内，平均误差为8.5%。
（本文摘自2008年3月《上海交通大学学报》第42卷第3期）
