非共沸混合冷媒R124/R22在水平圓管中之冷凝熱傳分析

Abstract

非共沸混合冷媒即將取代會破壞臭氧層之冷媒,如R22及R502等，而作為近 程的替代冷媒，其中冷凝熱傳現象仍有待進一步研究。雙成份非共沸混合 冷媒在水平圓管中之冷凝熱傳的一維數值模式之建立及其實驗驗證與分析 為本研究之主要工作。本理論模式之冷凝液為環狀流，其汽液界面之質量 平衡式包含輕成份 (較易揮發者) 在液膜中之順擴散效應及在汽流中之逆 擴散效應。理論模式之結果即與本實驗使用之R124/R22非共沸混合冷媒， 及 R114/ R12 非共沸混合冷媒之結果加以驗證和比較。冷凝過程之熱力 分析顯示，冷媒汽體完全冷凝前之溫度一定比汽泡溫度低，並可能比輕成 份之飽和溫度低；實驗結果則顯示，當質量分率較低時，完全冷凝液態冷 媒之溫度會比輕成份之飽和溫度高。理論預測的總熱傳量與實驗結果相當 吻合，而Colburn-Drew所提出的僅含逆擴散效應理論之預測與本理論模式 之結果幾乎完全一致。以汽泡溫度定義之對數平均溫差所得到之實驗熱傳 係數與理論之熱傳係數最吻合；而依半理論方式所推衍並建議之減量熱傳 係數 hsd則成功地檢量這些實驗熱傳係數。霧狀流的發生在本實驗中為普 遍存在之現象，它出現在環狀流區與波狀流區。此二流區之熱通量特別大 ，使得冷凝液溫度接近汽泡溫度，致霧滴之過冷度增加且汽流邊界層內之 汽體也過冷，是造成此霧狀流之主因。一般而言，混合冷媒之流譜與單一 成份冷媒之流譜相似，故依單一成份冷媒所發展之壓力梯度檢量方程式仍 可應用於混合冷媒之壓降計算。在層狀流區熱力乾度達到負值時，此區出 口可設置冷媒受液器，則混合冷媒冷凝器在此特定設計條件下的熱傳係數 可直接用理想熱傳係數 him來分析。