非共沸混合冷媒 R-22/R-124 在水平圓管內之蒸發熱傳分析

Abstract

雖然微鰭管廣泛應用於冷凍空調系統之蒸發器上，然而對微鰭管管內對流 蒸發現象之瞭解卻不多，至今仍然缺少通用而可靠的熱傳係數關係式來預 測微鰭管內純冷媒或非共沸混合冷媒的熱傳係數。因此本論文的重點在探 討非共沸混合冷媒在水平圓管內之熱質傳現象，內容主要分成四部份：包 括微鰭管內單相熱傳及壓降分析、核沸騰熱質傳分析、管內對流蒸發實驗 及理論模擬分析。關於微鰭管內單相熱傳及壓降分析部份，我們總共測試 了七種不同尺寸之微鰭管及一支平滑管，並使用威爾森繪圖法獲得熱傳係 數，結果發現Dittus-Boelter方程式無法獲得滿意之熱傳係數關係式，必 須使用熱--動量類比方程式才能獲得最佳之熱傳係數關係式。結果顯示熱 傳係數及摩擦壓降的預測結果分別有85.2%及95.8%的預測值落在(10%的誤 差以內。此熱傳係數關係式不僅可準確預測本實驗數據，亦可準確預測文 獻上有關微鰭管內之單相熱傳係數。由核沸騰熱傳部份之結果顯示， Cooper關係式可準確預測純冷媒之熱傳係數；然而對現有之混合冷媒 R-22/R-124，有關的核沸騰關係式卻無法準確預測混合冷媒熱傳係數衰減 量。因此我們引用 Calus和 Leonidopoulos的理論而發展出混合冷媒核沸 騰熱傳係數衰減量預測關係式，不僅可準確印證R-22/R-124混合冷媒核沸 騰實驗數據，亦可準確預測文獻上有關混合冷媒核沸騰之熱傳係數。由微 鰭管內對流蒸發之實驗結果，我們發現純冷媒在微鰭管內之蒸發熱傳係數 增強量比混合冷媒大；且由於微鰭管內之成核孔穴較多，混合冷媒及純冷 媒在微鰭管內蒸發之熱傳係數受熱通量之影響比平滑管大，而質通量對蒸 發熱傳係數之影響較熱通量之影響小。由類比關係發現，我們可以修正混 合冷媒核沸騰熱傳關係式來預測管內混合冷媒之蒸發熱傳係數衰減量，預 測結果在(30%之實驗誤差範圍內。關於理論模擬分析部份，我們已發展出 混合冷媒在平滑管內蒸發之一維理論模式，可預測各種混合冷媒在固定熱 通量、雙套管熱交換器同向流動及逆向流動時之濃度、溫度、熱傳係數、 及壓降分佈，預測結果與Takamatsu 等人、Jung 和 Didion 及本文實驗 數據非常接近。