本文我們將搭建氨製冷劑管內流動沸騰換熱及壓降測試實驗裝置，對氨製冷劑在小管徑水平光管內的流動沸騰換熱及壓降進行測試，分析干度、質量流速及熱流密度對傳熱及壓降特性的影響。
氨(Ｒ717) 是一種天然製冷劑，它應用於大型工業製冷系統中已經超過一個世紀。氨具有極好的熱物理性質和環境友好性，因此在小型製冷系統中的應用也引起了廣泛關注。
但由於氨製冷劑存在一定的可燃性和毒性，減小其在製冷系統中的充注量極為重要。小管徑換熱管通常可以提供更高的表面傳熱係數，因此它的應用可以提升換熱器的緊湊性，同時減少系統中製冷劑的充注量。
1 、實驗裝置
圖 1 所示為實驗系統原理。
實驗系統共包括 4 個循環:
製冷劑主循環
過冷器和冷凝器的冷卻循環
預熱器的加熱循環
控制加熱器的加熱循環
（備註：具體實驗步驟及設計在這裡不做過多闡述，如有需要可在文後留言，留下您的聯繫方式，小編私下發您全文）
2、數據處理
2. 1 干度計算
預熱器中的加熱量計算：
2. 2 表面傳熱係數計算
局部表面傳熱係數:
2. 3 摩擦壓降計算
2. 4 不確定度分析
由於測量儀器的限制、實驗條件的影響、測量方法的問題，實驗中不可避免會產生誤差。不確定度是 指由於測量誤差的存在，對實驗結果不能肯定的程度。本文根據 Ｒ.J. Moffat的誤差傳遞分析方法對實驗數據的不確定度進行分析。測量參數不確定度如表 2 所示，計算可得表面傳熱係數的不確定度為 ± 8.3% 。
3、實驗結果
3. 1 表面傳熱係數
圖 3 所示為在 4 mm 管內飽和溫度為 － 5 ℃工況下，流動沸騰表面傳熱係數在不同質量流速和熱流密度下隨干度的變化。
由圖 3 可知，流動沸騰表面傳熱係數隨著干度的增加而增加。且質量流速越大，表面傳熱係數越大，這是由於對流蒸發換熱增大導致。表面傳熱係數從質量流速為50 kg /( m2 ·s) 到 80 kg /( m2 ·s) 的增長幅度遠大於從 80 kg /( m2 ·s) 到 100 kg /( m2 ·s) 的增長幅度。
該特性可以通過不同質量流速下流型的轉變解釋。質量流速為 50 kg /( m2 ·s) 時，流型在全乾度範圍內主要為分層波狀流。當質量流速增至80 kg /( m2 ·s) 和100 kg /( m2 ·s) 後，流型將在一定干度下從分層波狀流轉變為環狀流，且質量流速越大， 轉變時的干度越小。
隨著干度的增加，對流蒸發增強，而核態沸騰被抑制。且質量流量越大，核態沸騰抑制發生的越早，導致不同質量流速下的流動沸騰表面傳熱係數在高幹度區域相接近。
對比圖 3( a) 和 3( b) 可知，熱流密度增大可以增大流動沸騰表面傳熱係數，同時可以減弱對核態沸騰的抑制。這是因為高熱流密度可以激活更多的成核點，加速氣泡的產生和從壁面的脫離，強化了核態沸騰換熱。
此外，根據 K.E.Gungor 等的預測模型可知，熱流密度越大，沸騰數 Bo = q /( GHlv ) 越大，而沸騰數的增大使對流蒸發換熱的強化因子變大，進而強化對流蒸發換熱。熱流密度對流動沸騰表面傳熱係數的影響是這兩者共同作用的結果。
3. 2 摩擦壓降
圖 4 所示為在 4 mm 管內飽和溫度為 － 5. 5 ℃ 時，兩相摩擦壓力梯度在不同質量流速下隨干度的化。由圖 4 可知，對於不同質量流速，兩相摩擦壓降均隨干度的增加而增大，這是由於隨著干度的增加， 管內的流速增大造成的。但兩相摩擦壓降增大的速率在低干度區域要高於高幹度區域。此外，在固定干度下兩相摩擦壓降呈現出隨質量流速增大而增大的趨勢。這是由於質量流速增大會引起氣相和液相的 速度顯著增大導致。
4、結論
本文得到以下結論:
1) 流動沸騰表面傳熱係數隨著干度的增加而增大。且質量流速越大，流動沸騰表面傳熱係數越大，但當流型轉換到環狀流後，表面傳熱係數的增大趨勢減緩。增大熱流密度可使流動沸騰表面傳熱係數增大，同時可以減弱對核態沸騰的抑制。
2) 隨著干度的增大，兩相摩擦壓降增大，但在高幹度區域兩相摩擦壓降增大的速率減緩。干度相同時，兩相摩擦壓降隨質量流速的增大而增大，這是由於質量流速增大會引起氣相和液相的速度顯著增大導致。
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