1、螺旋管換熱器因其傳熱性能好，結構緊湊，制造簡單而被廣泛應用于各種工業(yè)行業(yè)中。螺旋管強化傳熱的根本原因在于彎曲通道的特殊幾何結構可使流體受離心力作用在流道的橫截面上形成二次流，二次流與主流的疊加使流體在彎管內形成螺旋運動，從而使換熱增強。迄今為止，螺旋管內流動沸騰傳熱的研究對象大多是蒸汽-水，重點集中在臨界熱流密度(CHF)等問題，對制冷劑在螺旋管內流動沸騰傳熱的研究不多；在直管中被廣泛采用的強化流動沸騰傳熱的微肋表面還沒有被應用于螺旋管

2、；螺旋管內流動沸騰流型分區(qū)與轉變的研究還不充分。 本文首次將三維微肋表面強化傳熱技術應用于螺旋管，加工形成新型三維微肋螺旋管換熱元件，以綠色環(huán)保制冷劑R134a為換熱流體進行了新型三維微肋螺旋管內流動沸騰傳熱與流動實驗。用可視化方法實現(xiàn)了對流動沸騰流型的觀察與拍攝，首次得到了R134a在螺旋管內流動沸騰的兩相流型圖及主要流型之間的轉變判據(jù)；實驗研究了三維微肋螺旋管流動沸騰的傳熱和阻力性能，分析了微肋螺旋管對流動沸騰傳熱的強化性能

3、及其機理，得到了基于不同流型的流動沸騰傳熱系數(shù)和兩相摩擦阻力計算關聯(lián)式。 1.首次觀察和拍攝了光滑螺旋管和三維微肋螺旋管內R134a流動沸騰的兩相流型。兩種螺旋管的流型均可以用泡狀流，塞狀流，分層流，分層—波狀流，間歇流以及環(huán)狀流等來劃分。與管內絕熱兩相流相比，流動沸騰泡狀流型的形成機制不同，即使在分層流、間歇流時也可以觀察到連續(xù)液相中夾雜大量汽泡與主流一同運動。并且，由于汽泡在加熱壁面的不斷生成，長大與脫離，造成汽—液相界面的

4、劇烈波動和液滴的濺射，兩相界面呈現(xiàn)出極不規(guī)則的狀態(tài)。由于螺旋管離心力的作用削弱了重力造成的兩相分層效應，使螺旋管內更容易形成環(huán)狀流。經修正的Mandhane流型圖可以正確反映螺旋管內兩相流型的分區(qū)及其轉變。但螺旋管分層—波狀流和環(huán)狀流的區(qū)域都比光滑直管Mandhane流型圖的劃分區(qū)域有所擴大；Taitel-Dukler流型圖表明光滑螺旋管和三維微肋螺旋管分層—波狀流與間歇流、環(huán)狀流間的過渡曲線基本一致，可表示為Ftd=-0.2177ln

5、Xtt+0.4996；光滑螺旋管和微肋螺旋管間歇流與環(huán)狀流之間的轉變曲線分別為Xtt=0.4和Xtt=0.7；G-x流型圖顯示并非在所有質量流速條件下，螺旋管內都會依次出現(xiàn)上述的各種流型；當質量流速G＜100kg/(m2s)時，光滑螺旋管和三維微肋螺旋管內都只有分層—波狀流存在；在一定條件下，分層—波狀流也可以直接轉變?yōu)榄h(huán)狀流。 2.實驗測量了三維微肋螺旋管內流動沸騰的阻力性能，其結果表明：在實驗范圍內，三維微肋螺旋管流動沸騰的

6、阻力隨質量流速和干度的增加而增大，隨飽和壓力的增加而減小；與光滑直管的阻力特性相比較，三維微肋螺旋管的兩相流動阻力增加了26％-130％。用Lockhart-Martinelli方法計算了螺旋管流動沸騰的摩擦壓降，整理出液相摩擦因子與Martinelli參數(shù)Xtt之間的關系圖線；將實驗數(shù)據(jù)按主要流型分類回歸，首次獲得了基于分層流和環(huán)狀流的具有較高精度的兩相摩擦壓降因子的計算關聯(lián)式，它們與實驗數(shù)據(jù)的平均絕對誤差分別為13.4％和19.3％

7、； 3.在質量流速G=65-380kW/(m2s)，熱流密度q=2.0-21.8kW/m2，質量干度x=0.05-0.95范圍內，分別對光滑螺旋管和三維微肋螺旋管的流動沸騰傳熱性能進行了實驗研究。兩種螺旋管的局部流動沸騰傳熱系數(shù)的基本變化規(guī)律都是隨質量流速和熱流密度的增加而增大；在低干度區(qū)，局部傳熱系數(shù)也隨干度增加而增大，但在高干度區(qū)，若質量流速較低，熱流密度較高時，管壁會出現(xiàn)部分蒸干，螺旋管的局部傳熱系數(shù)隨干度增加反而下降。將

8、光滑螺旋管的實驗數(shù)據(jù)與水平光滑直管流動沸騰傳熱系數(shù)關聯(lián)式的計算值進行比較，發(fā)現(xiàn)光滑螺旋管平均傳熱系數(shù)比光滑水平直管高出6.0％-15.0％；并且由于液相所受離心力作用強于汽相，導致低干度區(qū)螺旋管的傳熱強化效果比高干度區(qū)更為顯著。三維微肋螺旋管的傳熱實驗數(shù)據(jù)與與光滑螺旋管的比較表明前者對流動沸騰傳熱具有明顯的強化效果，其平均傳熱系數(shù)比光滑螺旋管提高了50％到170％，且提高的幅度隨著質量流速和熱流密度的增加而有所減小；與光滑直管相比，三維

9、微肋螺旋管的平均傳熱系數(shù)增加了65％～200％。螺旋管內流動沸騰傳熱機制是核沸騰和對流傳熱兩種貢獻的疊加。三維微肋管強化管內流動沸騰傳熱的機理在于其特殊的表面結構一方面增加了傳熱面積，更重要的是，與光滑表面相比，三維微肋表面使沸騰核化點的數(shù)量大大增加，降低了起始沸騰所需的過熱度，汽泡在受熱表面上更容易生成和長大，從而強化了核沸騰傳熱；另外微肋的存在亦能增強對液膜的擾動，從而也能強化對流傳熱過程； 4.對實驗數(shù)據(jù)進行回歸，分別得到