三维翅片表面非共沸混合气体螺旋流动冷凝的热质传递强化机理及传热模型

涉及非共沸混合气体冷凝传热的壳管式冷凝器广泛应用于石油、化工、动力、冶金及制冷等领域，由于非共沸混合气体冷凝传热过程中存在传质阻力对传热的影响，因此冷凝传热研究一直是传热学的难点。本项目提出螺旋流动与三维翅片协同强化非共沸混合气体冷凝传热的新方案，针对气体在管外螺旋流动的特点，在花瓣型翅片管的基础上设计加工"错齿"结构的特殊三维翅片管，构建螺旋隔板三维错齿翅片管冷凝器，系统地考察翅片结构参数和螺旋角大小的变化对冷凝传热性能的影响；采用"流态显示技术"对气液两相流态进行观察与分析，探明冷凝传热强化机理；基于"气相热阻法"和传热传质类似性原理，结合三维翅片的结构和蒸汽的螺旋流动特征，建立螺旋隔板三维错齿翅片管冷凝器的冷凝传热理论模型，并用实验结果进行验证，获得优化的冷凝器结构参数。研究成果将有助于丰富和发展我国第三代传热技术及相关理论，并开发出具有自主知识产权的高效冷凝器。

本项目提出了螺旋流动与三维翅片协同强化非共沸混合气体冷凝传热的新方案，针对气体在管外螺旋流动的特点，在花瓣型翅片管的基础上设计加工了"错齿"结构的特殊三维翅片管，构建了螺旋隔板三维错齿翅片管冷凝器，分析了R407C和R410a两种非共沸制冷工质在螺旋隔板换热器内的冷凝传热特性，系统地考察翅片结构参数和螺旋角大小的变化对冷凝传热性能的影响；采用了"流态显示技术"对气液两相流态进行观察与分析，探明了冷凝传热强化机理；基于"气相热阻法"和传热传质类似性原理，结合三维翅片的结构和蒸汽的螺旋流动特征，建立了螺旋隔板三维错齿翅片管冷凝器的冷凝传热理论模型，并用实验结果进行验证，获得优化的冷凝器结构参数。研究成果将有助于丰富和发展我国第三代传热技术及相关理论，并开发出具有自主知识产权的高效冷凝器。