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CO 2 熱傳性能研究

在二氧化碳熱傳方面的文獻,針對氣體冷卻器(Gas Cooler)的部分所 做的研究,亦即超臨界流體的狀態下的熱傳特性,大多是以冷媒側的熱 傳係數之經驗式為主,在眾多的研究成果發表當中,Dang and Hihara[8]

以實驗方法測量 CO

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超臨界狀態下的冷卻熱傳性能,針對 CO

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於不同管 徑、熱通量與流量的情況下所得到的熱傳係數,並另外配合不同經驗式 與實驗的結果做比對,得到可靠的熱傳經驗式。Zhao et al.[9]以實驗方 法分析 CO

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在與潤滑油混合的情況下的熱傳性能,並與不添加潤滑油的 實驗組比較,並藉此開發相關經驗式,以準確預估 CO

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在添加潤滑油下 的熱傳性能。Liao and Zhao[10]也以實驗方法量測 CO

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的熱傳係數,他 們主要以六組不同管徑所量測的冷媒熱傳係數與相關的經驗式做比對,

得到的誤差皆在 20%以內。Fang and Xu[11] 發表的文獻中,將所有相 關的十三個 CO2,supercritical cooling 的熱傳經驗式與實驗做比對,比對 差異性,結果發現 PetrovePopov [12] 和 Fang [13] 的經驗式有最良好的 預測結果。

在蒸發器(Evaporator)方面,熱傳經驗式仍是主要的研究課題,許許 多多的文獻皆將研究目標集中於冷媒的經驗式開發,Yun et al.[14]用實 驗方法量測CO

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的熱傳係數,並分析熱通量、質通量的改變對其測量結 果的影響,他們發現冷媒的熱傳係數會隨著熱通量或直通量的不同而產

生變化,並發現當靠近臨界蒸氣乾度點時,熱傳係數會出現突然下降的 現象,而熱通量在臨界蒸氣乾度點之前對熱傳係數的影響是很大的,但 熱傳量在臨界蒸氣乾度點之前對熱傳係數的影響指在熱通量小於500 kg/m2 s時會有明顯的影響。Ducoulombier et al.[15]亦從事二氧化碳在小 管徑下的蒸發熱傳研究,操作的冷媒溫度在-10℃到0℃之間,結果顯示 對流熱傳效應(convective boiling)比提升飽和溫度或增大管徑,對熱傳效 果的影響更為顯著。為此他們推測泡核沸腾(nucleate boiling)主導著冷媒 整體的熱傳效果,產生泡核沸腾對熱傳性能的提升這個猜想。在以往的 大管徑研究中,Chen[16] 的經驗式能將準確度落在20%以內計算冷媒的 熱傳係數,然而Chen所提及的經驗式在性質上無法產生吻合,並且其間 沒有更佳的、針對小管徑所作的經驗式出現,於是該篇的論文中並沒有 提及兩相之二氧化碳中的液態相(liquid phase)過渡至穩流(laminar flow) 這段區域的影響。而目前所公認最佳的熱傳經驗式是來自Hihara and Tanaka[17]。

再者,針對平滑管以及微小管徑之鰭管所做的CO

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冷媒熱傳研究中,

Gao and Honda[18]以實驗得到的結論與Ducoulombier et al.的量測結果 有所相似處,亦即在小鰭管(Micro-fin)中,泡核沸腾效應主導著兩相蒸 發沸騰中的熱傳性能;在小管徑下,高乾度、高質通率對其局部熱傳性 能產生的影響(提升)越顯著。此外,另一篇Zhao and Bansal [19]的文獻提

到關於CO

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冷媒在低溫下的蒸發熱傳研究,當平滑管中的冷媒介於-24.3

℃和-40.6℃,其兩相熱傳係數會依飽和溫度降低而下滑,並在3500 Wm−2K−1 and 7500 W m−2K−1之間、隨著不同乾度而變動。這些在低 溫下所得到的熱傳係數數據會較高溫(0℃)時來的小,並且得到以下結論:

(1)熱通量的改變比質通量的改變對熱傳係數所造成的影響要大。(2)在低 乾度時,泡核沸騰主導著冷媒整體熱傳性能。

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