Физические механизмы и новый метод расчета теплообмена при конденсации в системе микроканалов

Выполнено комплексное экспериментальное и расчетное установление физических механизмов и разработан численный метод расчета теплообмена при конденсации паров диэлектрической жидкости перфторгексан, хладоагентов R-134a, R-21 в условиях вынужденной конвекции в системе прямоугольных микроканалов с учетом капиллярных сил. Принципиальной особенностью исследований является проведение экспериментов в широком диапазоне приведенных давлений, что позволило обосновать применимость разработанного численного метода расчета теплоотдачи. При проведении экспериментов использованы горизонтальные микроканалы с сечением 335х930 мкм и вертикальный пластинчато-ребристый теплообменник с плотностью 800 ребер на метр.

Впервые детализировано определяющее влияние капиллярных сил на распределение фаз и локального коэффициента теплоотдачи по периметру микроканала при низком и умеренном приведенном давлении, выявлено уменьшение усредненного в поперечном сечении канала коэффициента теплоотдачи при уменьшении массового расхода и паросодержания, что имеет существенное значение для физики фазовых переходов в микроразмерных системах. На рисунке слева представлено распределение локального коэффициента теплоотдачи по периметру канала для хладона R134а при массовой скорости G = 481 кг/м² и массовом паросодержании х = 0.772. Как видно, коэффициент теплоотдачи определяется локальной толщиной пленки жидкости, деформированной капиллярными силами, и имеет максимум в области сопряжения пленки и мениска в углу канала.  На рисунке справа приведена  зависимость коэффициента теплоотдачи, усредненного по периметру канала, от массового паросодержания в эксперименте и расчете для хладона R134-а при G = 481 кг/м².  Разработанный метод расчета теплоотдачи имеет универсальный характер и может быть применен для широкого диапазона массовых скоростей и паросодержания.

Распределение локального коэффициента тепло-отдачи по периметру канала для хладона R134а при G = 481 кг/м2 и х = 0.772. Зависимость коэффициента теплоотдачи от массового паросодержания в эксперименте и расчете для хладона R134а при G = 481 кг/м2.

ИТ СО РАН, д. ф.-м. н. Кузнецов В.В., с. н. с., к. ф.-м. н. Шамирзаев А.С., тел.: 8(383)330-71-21.