制冷技术对环境的影响日渐受到人们的关注，制冷剂是制冷技术得以发展的基础，其发展是以环境保护为前提，为保证制冷技术的长足发展和实际应用，绿色环保制冷剂的开发迫在眉睫。蒸发器是制冷设备中的重要结构，75%的损在这个环节，直接影响着系统的经济性以及能源利用率。据统计，制冷系统在空调系统中的耗电量占总耗电量的50%[1]。因此，充分研究蒸发器内制冷剂的沸腾换热特性，可进一步提高该制冷剂在系统中的利用率以及适用性，为工程应用以及制冷设备的设计提供指导。新型环保制冷剂R1234yf的低GWP与低ODP[2]使之成为目前替代常规制冷剂R134a的最佳选择，其在大气中的停留时间仅为11天，而R134a的停留时间长达14年[3]。但是国内对于其研究尚处于起步阶段，有必要针对这种工质在蒸发器中的换热状态进行研究与讨论。而FLUENT可以进行大量虚拟(数值)实验，在此基础上再结合一定的实际实验，可以加快开发进程，降低开发成本，大幅度节省时间与人力[4]。采用套管式蒸发器模型，基于FLUENT工程软件对新型制冷剂R1234yf在蒸发器内的液相制冷剂、气相制冷剂以及水的三相换热过程进行模拟。研究不同的工况对R1234yf制冷剂在管内换热情况的影响。

1 蒸发器模型及模拟设置

1.1 物理模型

套管式蒸发器中每根换热管内的相变换热过程是类似的，即内管中的制冷剂与套管内的水通过对流的方式进行热交换，液相制冷剂达到蒸发温度后逐渐蒸发为气相制冷剂，由于重力作用气相逐渐从液相中分离，由泡状流过渡到环状流。为减少计算机负荷，故在本模拟中简化为单根套管的模型，对换热管内的沸腾换热以及传质过程进行模拟。使用FLUENT前处理软件ICEM对换热管进行建模以及划分网格，为提高网格的质量以及收敛情况，采用结构化网格对套管模型进行划分，网格数量约为200万个，网格质量大于0.7，内管直径为16 mm，套管直径为42 mm，管壁厚度为1 mm。图1和图2所示为套管式蒸发器换热管的网格划分示意图。

  

图1 换热管横截面网格示意图

  

图2 换热管侧面网格示意图

1.2 求解条件设置

(1)基本方程

通用方程式(1)式是对制冷剂在换热管内沸腾换热过程的描述：

由于专业培养目标的不同，对于非计算机专业而言，其在Access数据库方面的教学呈现一种不够科学严谨的特点。主要体现为：

(1)

式中：

为密度，kg/m3；U为速度，m/s；为扩散系数；为流体的内热源，W/m3。

上式中，当为连续性方程；当为动量方程；当为能量方程。

上式中，n是相数，是体积力，是混合粘性：

图8～图17所示分别内部换热管管径为6 mm、8 mm、10 mm、12 mm、16 mm时与冷却水的换热情况和液相制冷剂体积分数。

在改造建设中,注重生态保育、适地适树,使乡土树种成为乡村旅游公路的主色调,突出乡野风貌,强化溧阳乡土文化的自信。例如X104砖桥线作为集中展示美丽乡村建设的特色乡村景观廊道,南段为竹林,现状较好,但部分路段景观层次单一,缺乏节奏感和韵律感。建议在道路两侧建设绿道,增加色叶水杉林,宿根花卉与原生态农作物结合,体现乡村开阔野趣的风貌(图8)。

混合模型的连续方程：

(2)创客具有分享精神。分享是成功的基石，只有愿意将自身想法或成果分享给他人的个体，才算得上是真正的创客。

(2)

是质量平均速度，其表达式为：

右边的第1项代表了由于传导引起的能量传递，SE包含了所有的体积热源。是有效热传导率，hk是第k相的显焓。

(3)

上式中是混合密度，是第k相的体积分数，是质量传递源项。由于本模拟是制冷剂气相，制冷剂液相与水的三相换热，源项较为复杂，故引入编写的UDF来定义此项的值。

混合模型的动量方程：

 

(4)

(2)混合模型方程

(5)

是第2相k的漂移速度：

(6)

混合模型的能量方程：

(7)

设置液相制冷剂为主相、气相制冷剂为次相，水同为次相，在边界条件设置中对各个相所占百分比进行划分即可。初始化后使用patch命令设置气相制冷剂体积分数为0，套管区域内水的体积分数为1，温度的初始化随工况改变进行设置。R1234yf不同工况下的物性参数通过软件NIST计算得到[6-9]，见表2。工质密度与导热率随温度的变化趋势的计算结果见图3与图4。

②使用第4次总体数据进行验证,验证误差结果如下:Fx方向最大误差为1.66%,Fy方向最大误差为1.26%,Fz方向最大误差为1.81%,Mx方向最大误差为0.37%,My方向最大误差为0.48%,Mz方向最大误差为0.43%,发现都可以满足要求。

(8)

设计模式(Design pattern)是一套能被反复使用的代码设计经验的总结。它使代码编写真正实现了工程化，是软件工程的基石脉络。

混合物能量方程的源项以及制冷剂液相向气相的传质均由UDF宏命令编写，再导入到FLUENT中运行。

1.3 边界条件设置

换热器套管制冷剂侧边界条件参数设置见表1，根据Fluent中压力设置规定将制冷剂蒸发温度对应的饱和压力经过换算得到压力出口数值，其中Operating Pressure为101 325 Pa。

 

表1 制冷剂侧边界条件参数

  

工况内管径/mm外管径/mm蒸发温度/K入口速度/(m/s)压力出口/Pa1642263.150.21204552842263.150.2120455312416

水侧入口速度为1 m/s，入口温度为298.15 K，由于在实验室进行实验，故水侧出口压力采取生活用自来水压，压力出口为38 675 Pa。

1.4 初始条件设置

 

表2 工质 R1234yf 热物性参数

  

温度/K压力/MPa液体密度/(kg/m3)气体密度/(kg/m3)液体导热率/(W/mK)气体导热率/(W/mK)潜热/(J/kg)263.150.22178120712.5590.074930.010827169461268.150.265631191.814.9310.073250.011242166437273.150.315821176.317.6470.0715920.011665163294278.150.372921160.420.7440.0699530.012099160019283.150.43753114424.2670.0683340.012544156601

  

图3 密度随温度变化关系图4 导热率随温度变化关系

2 结果与讨论

已有文献中均表明，沸腾换热是一种存在相变的传热过程，是对流换热与核态沸腾共存的传热方式，只是两者由于流型的变化在换热过程中所占的比重不一样。通过Fluent模拟可得到套管式蒸发器中制冷剂与水对流换热的温度场、各相的分布情况以及换热量等数值，迭代1 000次计算结果趋于稳定，考虑到逆流的换热效果优于顺流，故选取制冷剂与冷冻水逆流的工况。图5表示蒸发温度为263.15 K模拟工况下的温度云图，可知制冷剂的出口温度有轻微的升高，大约为3 K，随着蒸发温度的升高制冷剂的出口温度呈现上升趋势，进出口温差先升高后降低，从入口到出口的沸腾换热过程中，由于内管外侧有流动的冷冻水加热，管壁温度高于制冷剂的温度，即管壁相较于制冷剂有一定的过热度，此时制冷剂为过冷沸腾状态，贴近管壁的制冷剂被加热，近壁处的温度要高于中心部分的温度，逐渐达到制冷剂的蒸发温度，并逐渐向中心扩散，越靠近管壁，温度梯度越大，故靠近制冷剂侧的水温降低更为明显。图6 所示为蒸发温度为263.15 K时套管蒸发器局部温度云图，由图6可看到管壁处的温度分布。

罗罗是一个调皮的男生，此刻的他一本正经地说：“爸爸妈妈给自己买东西都会考虑很久，而给我买，只要质量好，从来都不计较钱。”

  

图5 蒸发温度为263.15 K时y=-0.004平面套管蒸发器温度云图

  

图6 蒸发温度为263.15 K时套管蒸发器局部温度云图(0.5～0.7 m)

图7所示为蒸发温度为263.15 K工况的出口温度云图。由图7可知，由于重力作用，靠近管子底部的制冷剂温度稍低，靠近管壁的制冷剂温度稍高。温度变化呈环状分布，可能是由于在出口处制冷剂的流型为环状流。从FLUENT中得到的气相制冷剂云图可以看出，由于重力作用，使气液两相有分开流动的倾向，气泡从壁面的空穴中成核长大成气泡，最终脱离壁面进入主流，出口段出现环状流的明显界面，内壁气泡数量最多，引起了边界层的速度梯度扰度，加快了水与内壁间的沸腾换热，所以边界处的换热较强。

  

图7 蒸发温度为263.15 K时蒸发器出口处温度分布

由于制冷剂的相变过程中存在相间的贯穿，并且气相的体积分数最终超过10%[5]，故选用混合模型。其中包括混合物的动量方程以及每相的能量方程。

  

图8 内径为16 mm蒸发器x=0.5 m处温度分布

  

图9 内径为12 mm时蒸发器x=0.5 m处温度分布

  

图10 内径为10 mm时蒸发器x=0.5 m处温度分布

  

图11 内径为8 mm时蒸发器x=0.5 m处温度分布

  

图12 内径为6 mm时蒸发器x=0.5 m处温度分布

  

图13 内径为16 mm蒸发器x=0.5 m处液相制冷剂分布

  

图14 内径为12 mm蒸发器x=0.5 m处液相制冷剂分布

  

图15 内径为10 mm蒸发器x=0.5 m处液相制冷剂分布

  

图16 内径为8 mm蒸发器x=0.5 m处液相制冷剂分布

  

图17 内径为6 mm蒸发器x=0.5 m处液相制冷剂分布

  

图18 263.15 K时顶部换热管液相制冷剂分布截面图

图18所示为温度263.15 K时顶部换热管液相制冷剂分布横截面图。

图19所示为不同管内管径的顶部换热管的换热系数。

  

图19 不同内管径的顶部换热管的换热系数

由图8～图17可以看出，由于内管管径的变化，在换热管同一位置处的温度分布是不同的，随着管径的减小，换热管周围的温度逐渐减小，套管轴心处的温度同样逐渐减小；还可看出，小管径并不会得到理想的换热过程，大管径的换热明显优于小管径，但也并不是管径越大，换热面积越大，对蒸发器的工作越有益。通过液相制冷剂体积分数随管径的变化可以看出，虽然管径在增大的过程中，同一位置处的液相制冷剂体积分数是增大的，但是从内径8 mm开始明显顶部的换热管的换热受到了底部2根换热管的抑制，换热管中的液相制冷剂体积分数低于底部2根管子。由图19可以看出，当内管径为8 mm时，顶部换热管的平均换热系数升高速率较大；当内管径增大到12 mm时，换热系数最大，主要原因是管子的排布问题，正三角形的管束排布方式流动阻力大，但是传热性能优于转三角形排布，重点就是管径的选取，管径的规定有国标，但是具体的选取还是要根据自己的设备进行计算或者模拟才能确定最佳方案。

图20所示为管内平均含气率随管长变化趋势。

（2）运用t检验比较两班操作考核成绩。结果显示，两班成绩差异有显著性（P＜0.05），其中实验班成绩优于对照班（见表2）。

  

图20 管内平均含汽率随管长变化趋势

由图20可知，达到蒸发温度后制冷剂开始逐渐蒸发成气态，并且汽化速率先呈增长趋势后减小，这是因为在两相流中，所有的传递都被加速了，高于各自单相系统中的速率，气泡的逐渐增多增加了边界层的扰动，使边界层的速度梯度增加，加快了管壁处与水侧的换热，对流换热系数增大，从而加快了制冷剂的蒸发。另一方面，液相的粘性系数大于气相的粘性系数，在液相逐渐汽化为气相的过程中，流动的粘性阻力大大减小，由于重力作用气相主要分布在贴近壁面处，所以壁面处的速度梯度增大。随着含汽率的进一步增大，对流沸腾换热逐渐失去主导，气泡状沸腾换热成为主导，气泡的扰动作用降低，活性气穴基本不再增加，汽化速率增长变缓。

图21所示为蒸发压力与平均换热系数关系曲线。

莱考夫阐述的第四个基础隐喻是算术是沿路线运动(Arithmetic As Motion Along a Path)的隐喻。

近年来，我校在教师中倡导和践行“四有”好老师和“德艺双馨”教师的标准和理念，对师德建设工作进行总体规划与部署，出台并实施《教师师德师风建设实施办法》《教师师德考核办法》等制度，建立健全考核机制，并将考核结果作为教师年度考核、职务聘任和评优奖励的重要依据，实行师德“一票否决制”，以制度和机制保障师德师风建设，学校形成了良好的师德师风氛围。

图21模拟工况是蒸发压力为0.22～0.45 MPa，对应蒸发温度263.15～283.15 K。通过对图21进行分析可看出，平均换热系数随着蒸发压力的增加而增加，蒸发压力从0.37 MPa开始蒸发压力对于换热系数的影响逐渐减弱，控制好蒸发压力更加有利用于管内的沸腾换热进行。定热流密度改变蒸发压力，蒸发温度会相应的发生改变，蒸发温度的改变则会使工质的热物性发生改变。蒸发温度升高时，工质的表面张力减小，蒸发时气泡的直径变小从而提高换热系数[10-11]。蒸发温度的升高即蒸发压力的升高对蒸发器的换热并不是一直起到促进的作用，需要通过调节膨胀阀或者冷冻水的温度改变换热工况以达到最优。

最后法官宣判我净身出户。依照现行的婚姻法，夫妻双方若有一方犯生活作风问题，才会被剥夺夫妻双方的共同财产而净身出户。我就像那种生活作风出问题的男人。

  

图21 蒸发压力与平均换热系数关系曲线

3 结论

(1)制冷剂R1234yf在套管式蒸发器中逐渐由单相流换热过渡到通过液膜的两相强制对流传热，换热系数、含汽率、气泡数量沿流动方向逐渐增大。

(2)蒸发压力的升高使蒸发温度升高，平均换热系数也呈现升高的趋势，而蒸发温度对换热的影响主要是引起了工质热力学性质的改变，即随着蒸发温度的升高R1234yf的导热率变大。优化蒸发器可以使液相在管中的停留时间加长，起到加强换热的效果，通过模拟数据可以得知，在蒸发温度为273.15 K，冷冻水温度为298.15 K时为三套管式换热器的最优工况。

其中β是稀疏惩罚项的权重。在学习过程中，通过BP算法对神经网络的W和b的逐步修正，代价函数逐渐被最小化。在此过程中，必须计算隐藏层的每个神经元对输出层误差的贡献。此外，还应该计算代价函数对W和b的偏导数。文献[16]指出，L-BFGS算法在深度学习中训练维度较低的情况下，效果比较好且收敛速度快，运行稳定，因此本文采用L-BFGS算法求解。

(3)在换热过程中，顶部的换热管受到底部两根换热管的抑制，管径为12 mm时换热最理想，为了保证3根换热管能同时达到最优工况，内管径则需要通过计算模拟选取。

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