第四章 實驗結果與討論
4.3 測試管內側冷媒於加熱時的流動壓降
(18)圖 4-25 為 R-134a 熱通量 11.35kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對壓降的關係圖，由圖可以知道，質量速度越高時，壓降的 數值也越大，這是因為摩擦壓降主導的關係，而摩擦壓降約占總壓降 的90%，因此當改變質量速度時，壓降會有明顯的變化。
(19)圖 4-26、圖 4-27 為 R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫 度 10℃、15℃，熱通量對壓降的關係圖，由圖可以發現，當熱通量 越高時，其壓降也是越高的，這是因為外加熱通量會產生加速度壓降，
但差異並不明顯，因為加速度壓降佔總壓降約 10%以下，因此可推論 外加熱通量對壓降的影響極小。
49
(20) 圖 4-28 為 R-134a 質 量 速 度 G=200kg/m2s 、 熱 通 量 11.35-11.46kW/m2，飽和溫度對壓降的關係圖，由圖可知，壓降會隨 著飽和溫度的降低而升高，這是因為飽和溫度不同時，氣態與液態的 密度不同所造成的影響，但差距甚小。
(21) 圖 4-29 為 HFO-1234yf 熱通量 11.46kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對壓降的關係圖，同樣的，質量速度越高時，壓降的數值也 越大，這是因為摩擦壓降主導的關係。
(22)圖 4-30 為 HFO-1234yf 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度 10
℃，熱通量對壓降的關係圖，由圖可知當熱通量越高時，其壓降也是 越高的，這是因為外加熱通量會產生加速度壓降，但加速度壓降佔總 壓降比重很低，差異並不明顯。
(23)圖 4-31 為 HFO-1234yf 質量速度 G=200kg/m2s、熱通量 11.46kW/m2，飽和溫度對壓降的關係圖，由圖可知，壓降會隨著飽和 溫度的降低而升高，這是因為飽和溫度不同時，氣態與液態的密度不 同所造成的影響，但差距甚小。
(24)圖 4-32 為 R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，質量
50
速度對壓降的比較圖、圖 4-33 為 R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，熱通量對壓降的比較圖，由二圖可以發現，R-134a 的壓降 會高於 HFO-1234yf 的壓降，這是因為 R-134a 的液態摩擦係數比 HFO-1234yf 高的關係，因此所產生的壁面剪應力較大，在質量速度 高的時候將更明顯。
(25)圖 4-34、圖 4-35 為 R-134a、HFO-1234yf 壓降實驗結果與兩 種壓降關係式的比較結果，飽和溫度為 6℃、10℃、15℃，質量速度 為 200~400kg/m2s，熱通量 5.67-26.18kW/m2。由二圖中可發現兩種關 係式皆有良好的預測性，誤差幾乎都在±50%內，其中 Friedel 的關係 式對本實驗結果有最佳的預測性，可達 85%。
51
R-134a and HFO-1234yf in mm smooth tube
Re
2000 4000 6000 8000 10000
f 1
0.001 0.01 0.1 1
Blasius Equation f1=0.0791ReD-0.25 R134a
HFO-1234yf
圖 4-1、R-134a、HFO-1234yf 液態摩擦因子與雷諾數的關係圖
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
52
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
53
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
54
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
55
HFO-1234yf and R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
HFO-1234yf, G=200kg/m2s HFO-1234yf, G=300kg/m2s HFO-1234yf, G=400kg/m2s HFO-1234yf, G=500kg/m2s R-134a G=200kg/m2s R-134a G=300kg/m2s R-134a G=400kg/m2s R-134a G=500kg/m2s
T=10oC
圖 4-9、HFO-1234yf 與 R-134a 於飽和溫度 10℃，摩擦壓降的比較圖
R-134a in mm smooth tube
Experimental Data (kPa/m)
56
HFO-1234yf in mm smooth tube
Experimental Data (kPa/m)
0 10 20 30 40
Predictive Value (kPa/m)
0 10 20 30 40
Friedel(1979) Chisholm(1973)
+50%
-50%
Tsat=6-15oC G=200-500 kg/m2s
圖 4-11、HFO-1234yf 摩擦壓降實驗結果與兩種壓降關係式的比較結果
圖 4-12、測試管環側水的對流熱傳係數的威爾森繪圖
57
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=300kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=400kg/m2s q=11.35kW/m2
圖 4-13、R-134a 熱通量 11.35kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對熱傳係數的關係圖
58
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=5.67kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=18.91kW/m2
圖 4-14、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度為 10℃，
熱通量對熱傳係數的關係圖
59
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Tsat=15oC G=200kg/m2s q=9.18kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=18.57kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=26.2kW/m2
圖 4-15、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度為 15℃，
熱通量對熱傳係數的關係圖
60
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000
Tsat=6oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-16、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、熱通量 11.35~11.46kW/m2， 飽和溫度對熱傳係數的關係圖
61
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=300kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=400kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-17、HFO-1234yf 熱通量 11.46kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對熱傳係數的關係圖
62
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=5.73kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=19.2kW/m2
圖 4-18、HFO-12324yf 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度為 10℃，
熱通量對熱傳係數的關係圖
63
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000
Tsat=6oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-19、HFO-1234yf 質量速度 G=200kg/m2s、熱通量 11.46kW/m2， 飽和溫度對熱傳係數的關係圖
64
HFO-1234yf and R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
2000 4000 6000 8000 10000
HFO-1234yf, 200kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 300kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 400kg/m2s, 11.46kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 300kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 400kg/m2s, 11.35kW/m2
T=10oC
圖 4-20、R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，
質量速度對熱傳係數的比較圖
65
HFO-1234yf and R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Heat Transfer Coefficient (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
HFO-1234yf, 200kg/m2s, 5.73kW/m2 HFO-1234yf, 200kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 200kg/m2s, 19.2kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 5.67kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 18.91kW/m2
T=10oC
圖 4-21、R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，
熱通量對熱傳係數的比較圖
66 R-134a in mm smooth tube
Experimental Data (W/m2K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Predictive Value (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gungor & Winterton(1990) Wattelet & Chato(1994) Kandlikar(1990) Shah(1982)
+50%
-50%
Tsat=15oC
q=9.18-26.18kW/m2 G=200-400 kg/m2s
圖 4-22、R-134a 於 15℃時熱傳係數實驗結果 與四種熱傳關係式的比較結果
67
R-134a in mm smooth tube
Experimental Data (W/m2K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Predictive Value (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gungor & Winterton(1990) Wattelet & Chato(1994) Kandlikar(1990) Shah(1982) Tsat=10oC
q=5.67-18.91kW/m2 G=200-400 kg/m2s
+50%
-50%
圖 4-23、R-134a 於 10℃時熱傳係數實驗結果 與四種熱傳關係式的比較結果
68
HFO-1234yf in mm smooth tube
Experimental Data (W/m2K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Predictive Value (W/m2 K)
0 2000 4000 6000 8000 10000
Gungor & Winterton(1990) Wattelet & Chato(1994) Kandlikar(1990) Shah(1982) Tsat=6oC-15oC
q=5.73-19.2kW/m2 G=200-400 kg/m2s
+50%
-50%
圖 4-24、HFO-1234yf 於 6℃～15℃時熱傳係數實驗結果 與四種熱傳關係式的比較結果
69
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 10 20 30 40
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=300kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=400kg/m2s q=11.35kW/m2
圖 4-25、R-134a 熱通量 11.35kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對壓降的關係圖
70
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=5.67kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=18.91kW/m2
圖 4-26、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度 10℃，
熱通量對壓降的關係圖
71
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
Tsat=15oC G=200kg/m2s q=9.18kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=18.57kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=26.2kW/m2
圖 4-27、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度 15℃，
熱通量對壓降的關係圖
72
R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
Tsat=6oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.35kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-28、R-134a 質量速度 G=200kg/m2s、熱通量 11.35-11.46kW/m2， 飽和溫度對壓降的關係圖
73
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 5 10 15 20 25 30
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=300kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=400kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-29、HFO-1234yf 熱通量 11.46kW/m2、飽和溫度 10℃，
質量速度對壓降的關係圖
74
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
Tsat=10oC G=200kg/m2s q=5.73kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=19.2kW/m2
圖 4-30、HFO-1234yf 質量速度 G=200kg/m2s、飽和溫度 10℃，
熱通量對壓降的關係圖
75
HFO-1234yf in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
Tsat=6oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=10oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2 Tsat=15oC G=200kg/m2s q=11.46kW/m2
圖 4-31、HFO-1234yf 質量速度 G=200kg/m2s、熱通量 11.46kW/m2， 飽和溫度對壓降的關係圖
76
HFO-1234yf and R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 5 10 15 20 25 30 35
HFO-1234yf, 200kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 300kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 400kg/m2s, 11.46kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 300kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 400kg/m2s, 11.35kW/m2
圖 4-32、R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，
質量速度對壓降的比較圖
77
HFO-1234yf and R-134a in mm smooth tube
Vapor Quality
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
DP/DZ (kPa/m)
0 2 4 6 8 10 12
HFO-1234yf, 200kg/m2s, 5.73kW/m2 HFO-1234yf, 200kg/m2s, 11.46kW/m2 HFO-1234yf, 200kg/m2s, 19.2kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 5.67kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 11.35kW/m2 R-134a, 200kg/m2s, 18.91kW/m2
圖 4-33、R-134a 與 HFO-1234yf 於飽和溫度 10℃時，
熱通量對壓降的比較圖
78 R-134a in mm smooth tube
Experimental Data (kPa/m)
HFO-1234yf in mm smooth tube
Experimental Data (kPa/m)
圖 4-35、HFO-1234yf 壓降實驗結果與兩種壓降關係式的比較結果
79