环境温度与压力对HFE7100制冷剂单液滴蒸发特性的影响机制研究

摘要

为系统研究环境温度与压力对环保型制冷剂HFE7100单液滴蒸发特性的影响机制，基于挂滴法，结合高速摄像与热电偶测温技术，同步观测液滴形态与内部温度变化。试验结果表明，HFE7100单液滴蒸发特性受环境温度(50、100、150、200、250℃)与压力(1、10、20 bar)的显著影响。在高温(>100℃)下，液滴蒸发呈双阶段特征，即初始加热阶段和平衡蒸发阶段，而50℃低温下仅表现为单阶段平衡蒸发。在250℃时，因组分沸点差异较小可观察到气泡形成与破裂，但对蒸发的促进作用有限，且高压(10、20 bar)会显著减小气泡尺寸。高温通过提高气液相传热强度、饱和蒸气压及气相扩散系数，显著加速液滴升温与蒸发，导致初始加热阶段占比增加。此外，环境压力对蒸发特性的影响取决于环境温度。在50℃低温下，压力升高因抑制蒸汽扩散而降低蒸发速率常数；而在150、200、250℃高温下，压力通过降低气化潜热和增强对流传热加速液滴升温，反而提升蒸发速率常数。这些效应(促进液滴升温与抑制蒸汽扩散)相互竞争，最终决定了环境压力对液滴蒸发的影响。该发现为喷雾冷却技术的优化提供了重要的理论依据。

关键词

HFE7100制冷剂 / 液滴蒸发 / 喷雾冷却 / 环境温度 / 环境压力

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52176163); 陕西省杰出青年基金资助项目(2024JC-JCQN-58); 陕西省高校联合资助项目(2023GXLH-003)