第六章熱交換過程及換熱器

1、第第6章章熱交換過程及換熱器熱交換過程及換熱器蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)傳熱特性傳熱特性蒸發(fā)器供液量自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量自動調(diào)節(jié)傳熱強(qiáng)化與削弱傳熱強(qiáng)化與削弱換熱器是換熱器是制冷劑制冷劑與與外部熱源介質(zhì)外部熱源介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的設(shè)備之間發(fā)生熱交換的設(shè)備，其特性對制冷機(jī)的性能有重要影響。其特性對制冷機(jī)的性能有重要影響。熱交換過程熱交換過程沸騰沸騰凝結(jié)凝結(jié)強(qiáng)制對流強(qiáng)制對流自然對流自然對流本章內(nèi)容本章內(nèi)容6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法傳熱過程傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)流體的過程。：熱量由壁面一側(cè)

2、的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)流體的過程。制冷機(jī)熱交換設(shè)備中的傳熱：制冷機(jī)熱交換設(shè)備中的傳熱：通過平壁通過平壁、圓管圓管以及以及肋壁肋壁的傳熱的傳熱-通過平壁的熱流量，通過平壁的熱流量，W；A-傳熱面積，傳熱面積，m2；k-傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，W(m2K)。上式可改寫成上式可改寫成熱流密度熱流密度q的形式：的形式： q= /A =kt Wm2 6.1.1 通過平壁的傳熱通過平壁的傳熱對于無內(nèi)熱源、熱導(dǎo)率對于無內(nèi)熱源、熱導(dǎo)率為常數(shù)、厚度為為常數(shù)、厚度為兩側(cè)流體溫度為兩側(cè)流體溫度為tf1與與tf2、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h1與與h2的的單層單層無限大平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程，通過平壁的熱流量可由下式計

3、算：無限大平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程，通過平壁的熱流量可由下式計算：6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法傳熱過程可分成三個分過程：傳熱過程可分成三個分過程： 6.1.1 通過平壁的傳熱通過平壁的傳熱傳熱熱阻：傳熱熱阻：傳熱系數(shù)：傳熱系數(shù)：對于對于n層平壁層平壁，當(dāng)各層材料的熱導(dǎo)率分別為，當(dāng)各層材料的熱導(dǎo)率分別為1 1， 2 2 ， n n ，且為常數(shù)，厚度分且為常數(shù)，厚度分別為別為1，2 ， n ，層與層之間接觸良，層與層之間接觸良好，無接觸熱阻時，好，無接觸熱阻時，熱阻計算公式為熱阻計算公式為：高溫流高溫流體與壁體與壁面的對面的對流換熱

4、流換熱平平壁壁導(dǎo)導(dǎo)熱熱壁面向壁面向低溫流低溫流體的對體的對流換熱流換熱6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱圖圖6-1 圓管壁的傳熱過程圓管壁的傳熱過程由于圓管的內(nèi)、外表面積不相等，所以傳熱由于圓管的內(nèi)、外表面積不相等，所以傳熱系數(shù)也有內(nèi)、外之分。一般以圓管系數(shù)也有內(nèi)、外之分。一般以圓管外表面面外表面面積積Ao為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)，相應(yīng)的熱流量，相應(yīng)的熱流量為：為：單位管長傳熱密度單位管長傳熱密度l為為kl=kodo為為單位管長的傳熱系數(shù)單位管長的傳熱系數(shù)6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程

5、及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱 以圓管外壁面面積為基準(zhǔn)計算，傳熱系數(shù)以圓管外壁面面積為基準(zhǔn)計算，傳熱系數(shù)ko為為工程計算中，當(dāng)圓管的內(nèi)、外徑之比工程計算中，當(dāng)圓管的內(nèi)、外徑之比dodi2時，上式簡化為：時，上式簡化為：為圓管壁厚，為圓管壁厚，m；為圓管熱導(dǎo)率，為圓管熱導(dǎo)率，W(mK)；dm為圓管內(nèi)、外直徑的算為圓管內(nèi)、外直徑的算術(shù)平均值，術(shù)平均值，m；Am為圓管內(nèi)、外表面面積的算術(shù)平均值，為圓管內(nèi)、外表面面積的算術(shù)平均值，m2。計算表明，簡化后的計算偏差小于計算表明，簡化后的計算偏差小于4。6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的

6、傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱換熱器投入使用后，傳熱表面會產(chǎn)生污垢，增大傳熱熱阻，污垢對傳熱的換熱器投入使用后，傳熱表面會產(chǎn)生污垢，增大傳熱熱阻，污垢對傳熱的影響通過污垢熱阻考慮。影響通過污垢熱阻考慮。計及污垢熱阻的圓管傳熱系數(shù)公式為：計及污垢熱阻的圓管傳熱系數(shù)公式為：內(nèi)表面污垢熱阻內(nèi)表面污垢熱阻（或污垢系數(shù)）（或污垢系數(shù)）外表面污垢熱阻外表面污垢熱阻（或污垢系數(shù)）（或污垢系數(shù)）6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.2 通過圓管的傳熱通過圓管的傳熱

7、制冷劑側(cè)污垢：制冷劑側(cè)污垢：主要為潤滑油的油膜及其他懸浮物的沉積；主要為潤滑油的油膜及其他懸浮物的沉積；水側(cè)污垢：水側(cè)污垢：主要為鹽類在換熱表面上的結(jié)晶以及懸浮顆粒在換熱表面上的沉積；主要為鹽類在換熱表面上的結(jié)晶以及懸浮顆粒在換熱表面上的沉積；空氣側(cè)污垢：空氣側(cè)污垢：主要來自于空氣中的懸浮顆粒在換熱表面的沉積。主要來自于空氣中的懸浮顆粒在換熱表面的沉積。由于污垢生成過程的復(fù)雜性，目前尚無法用理論計算方法確定。由于污垢生成過程的復(fù)雜性，目前尚無法用理論計算方法確定。6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.3 通過肋壁的傳熱通過

8、肋壁的傳熱在制冷及低溫工程中，常遇到兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的傳熱過程。例如：一側(cè)是在制冷及低溫工程中，常遇到兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的傳熱過程。例如：一側(cè)是單相液體強(qiáng)迫對流換熱或相變換熱單相液體強(qiáng)迫對流換熱或相變換熱(沸騰或凝結(jié)沸騰或凝結(jié))，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般在，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般在500 W(m2K)以上；另一側(cè)是氣體強(qiáng)迫對流換熱或自然對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般在以上；另一側(cè)是氣體強(qiáng)迫對流換熱或自然對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般在50 W(m2K)以下。此時，強(qiáng)化傳熱主要是增強(qiáng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小一側(cè)壁面的對流換熱。以下。此時，強(qiáng)化傳熱主要是增強(qiáng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小一側(cè)壁面的對流換熱。由于增大流速所起

9、的作用有限，且會增加風(fēng)機(jī)的耗能，一般采用加肋方式擴(kuò)展換熱面由于增大流速所起的作用有限，且會增加風(fēng)機(jī)的耗能，一般采用加肋方式擴(kuò)展換熱面積以增大肋側(cè)熱流量，從而使兩側(cè)對流換熱相匹配，是強(qiáng)化傳熱的有效措施。積以增大肋側(cè)熱流量，從而使兩側(cè)對流換熱相匹配，是強(qiáng)化傳熱的有效措施。圖圖6-2 通過肋壁的傳熱過程通過肋壁的傳熱過程穩(wěn)態(tài)傳熱情況下，穩(wěn)態(tài)傳熱情況下，肋側(cè)的熱流量肋側(cè)的熱流量為：為：A1-未加肋側(cè)的面積，未加肋側(cè)的面積，A2-加肋側(cè)的加肋側(cè)的肋基肋基面積，面積，A2-肋片面積，肋片面積，A2-肋側(cè)總面積，肋側(cè)總面積，A2=A2+A2； tw2-肋基溫度，肋基溫度， t”w2-肋片平均溫度，肋片平均溫

10、度，- -肋壁材料肋壁材料的熱導(dǎo)率，為常數(shù)，的熱導(dǎo)率，為常數(shù)， ho-肋側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為常數(shù)，肋側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為常數(shù)，f-肋片效率肋片效率6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.3 通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱熱流量計算公式為：通過肋壁的傳熱熱流量計算公式為：肋片總效率：肋片總效率：以以肋側(cè)總面積肋側(cè)總面積為基準(zhǔn)，傳熱計算公式為：為基準(zhǔn)，傳熱計算公式為：肋化系數(shù)肋化系數(shù)=A=A2 2/A/A1 1加肋后，加肋后，肋側(cè)肋側(cè)的對流換熱熱阻是的對流換熱熱阻是1/(ho)，而未加肋時為，而未加肋時為1/ho，加肋后

11、熱阻減，加肋后熱阻減小的程度與小的程度與()有關(guān)。由肋化系數(shù)定義易知有關(guān)。由肋化系數(shù)定義易知1，其大小取決于肋高與肋間距。增加肋，其大小取決于肋高與肋間距。增加肋高可以加大高可以加大，但增加肋高會使肋片效率，但增加肋高會使肋片效率f降低。減小肋間距也可以加大降低。減小肋間距也可以加大 ，但肋間距，但肋間距過小會增大流體的流動阻力。一般肋間距應(yīng)過小會增大流體的流動阻力。一般肋間距應(yīng)大于兩倍邊界層最大厚度，當(dāng)涉及結(jié)露和結(jié)大于兩倍邊界層最大厚度，當(dāng)涉及結(jié)露和結(jié)霜工況時，肋間距還應(yīng)適當(dāng)增大。工程上，霜工況時，肋間距還應(yīng)適當(dāng)增大。工程上，當(dāng)當(dāng)hi/ho=35時，一般選擇時，一般選擇較小的低肋；當(dāng)較小的低

12、肋；當(dāng)hi/ho10時，選擇時，選擇較大的高肋。較大的高肋。6.1 6.1 制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法制冷機(jī)中熱交換設(shè)備的傳熱過程及傳熱計算方法 6.1.3 通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱引入污垢系數(shù)后，以引入污垢系數(shù)后，以肋側(cè)總表面面積肋側(cè)總表面面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：對于帶肋的圓管，當(dāng)對于帶肋的圓管，當(dāng)dodi1；s-考慮強(qiáng)迫對流和大空間核態(tài)沸騰按百分比進(jìn)行疊加的系數(shù)?？紤]強(qiáng)迫對流和大空間核態(tài)沸騰按百分比進(jìn)行疊加的系數(shù)。1 單組分制冷劑在單組分制冷劑在管內(nèi)管內(nèi)的流動沸騰換熱的流動沸騰換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱在在20世

13、紀(jì)世紀(jì)80年代初，隨著對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱研究的不斷深入，不斷改進(jìn)和年代初，隨著對制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱研究的不斷深入，不斷改進(jìn)和完善管內(nèi)流動沸騰模型，提出了一些適用于多種制冷劑的半經(jīng)驗通用關(guān)聯(lián)式。影響完善管內(nèi)流動沸騰模型，提出了一些適用于多種制冷劑的半經(jīng)驗通用關(guān)聯(lián)式。影響較大的有：較大的有：1982年，夏年，夏(Shah)提出的通用關(guān)聯(lián)式；提出的通用關(guān)聯(lián)式；1986年，岡戈爾年，岡戈爾(Gungor)和溫特和溫特勞勞(Winteron) 提出的通用關(guān)聯(lián)式；提出的通用關(guān)聯(lián)式；1987年，凱特里卡年，凱特里卡(Kandlikar) 提出了經(jīng)過改進(jìn)提出了經(jīng)過改進(jìn)的具有更高精度的通用關(guān)聯(lián)式。涉及

14、的工質(zhì)有水、的具有更高精度的通用關(guān)聯(lián)式。涉及的工質(zhì)有水、R11、R12、R1381、R113、R114、R152a、 R134a、氮、氖等，凱特里卡的關(guān)聯(lián)式可表示為：、氮、氖等，凱特里卡的關(guān)聯(lián)式可表示為：(6-28)1 單組分制冷劑在單組分制冷劑在管內(nèi)管內(nèi)的流動沸騰換熱的流動沸騰換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱近年來，蒸發(fā)器中廣泛采用微細(xì)內(nèi)肋管。管內(nèi)的微肋數(shù)目一般為近年來，蒸發(fā)器中廣泛采用微細(xì)內(nèi)肋管。管內(nèi)的微肋數(shù)目一般為60-70，肋高為，肋高為0.1-0.2 mm，螺旋角為，螺旋角為10-30其中對傳熱性能和流動阻力性能影響最大的參數(shù)其中對傳熱性能和流動阻力性

15、能影響最大的參數(shù)為為肋高肋高。微細(xì)內(nèi)肋管有兩個突出的微細(xì)內(nèi)肋管有兩個突出的優(yōu)點優(yōu)點：與光管相比它可以使管內(nèi)蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加：與光管相比它可以使管內(nèi)蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加1.63倍，壓降的增加卻只有倍，壓降的增加卻只有12倍，即傳熱的增強(qiáng)明顯大于壓降的增加；微肋管倍，即傳熱的增強(qiáng)明顯大于壓降的增加；微肋管與光管相比，單位長度的重量增加得很少，同樣換熱負(fù)荷下材料耗量少。與光管相比，單位長度的重量增加得很少，同樣換熱負(fù)荷下材料耗量少。對流換熱增強(qiáng)因子：對流換熱增強(qiáng)因子：微肋管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與其當(dāng)量直徑光滑管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的微肋管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與其當(dāng)量直徑光滑管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的比值，是評價高效強(qiáng)化傳熱管

16、的指標(biāo)之一。比值，是評價高效強(qiáng)化傳熱管的指標(biāo)之一。由于一些形狀復(fù)雜的強(qiáng)化傳熱管的實際傳熱面積難以準(zhǔn)確確定，所以在一般對流由于一些形狀復(fù)雜的強(qiáng)化傳熱管的實際傳熱面積難以準(zhǔn)確確定，所以在一般對流換熱增強(qiáng)因子中，強(qiáng)化傳熱管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是按等內(nèi)徑、同樣長度光管定義的換熱增強(qiáng)因子中，強(qiáng)化傳熱管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是按等內(nèi)徑、同樣長度光管定義的名義表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而不是按實際換熱面積定義，故增強(qiáng)因子實際上包括了對換名義表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而不是按實際換熱面積定義，故增強(qiáng)因子實際上包括了對換熱面積擴(kuò)展導(dǎo)致的強(qiáng)化傳熱作用。熱面積擴(kuò)展導(dǎo)致的強(qiáng)化傳熱作用。2單組分制冷劑在單組分制冷劑在板式換熱器板式換熱器中的流動沸騰換熱中的

17、流動沸騰換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱隨著板式換熱器的應(yīng)用向制冷系統(tǒng)的擴(kuò)展，制冷劑在其內(nèi)的流動沸騰研究引起了隨著板式換熱器的應(yīng)用向制冷系統(tǒng)的擴(kuò)展，制冷劑在其內(nèi)的流動沸騰研究引起了一定關(guān)注，但除了各生產(chǎn)廠家的一些為用戶提供選型的資料外，迄今尚無通用關(guān)一定關(guān)注，但除了各生產(chǎn)廠家的一些為用戶提供選型的資料外，迄今尚無通用關(guān)聯(lián)式。有關(guān)換熱器的一些專門著作，提到的沸騰計算方法基本是基于水流動沸騰聯(lián)式。有關(guān)換熱器的一些專門著作，提到的沸騰計算方法基本是基于水流動沸騰的一些經(jīng)典計算方法，如前述陳氏方法，尚缺乏對制冷劑的專門試驗數(shù)據(jù)支持。的一些經(jīng)典計算方法，如前述陳氏方法，尚

18、缺乏對制冷劑的專門試驗數(shù)據(jù)支持。在尚不多見的文獻(xiàn)中，在尚不多見的文獻(xiàn)中，2002年年Hsieh等對等對R134a、R410a在人字形板片板式換熱器在人字形板片板式換熱器內(nèi)流動沸騰的實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)式可作為設(shè)計計算參考，關(guān)聯(lián)式如下：內(nèi)流動沸騰的實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)式可作為設(shè)計計算參考，關(guān)聯(lián)式如下：h-沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W(m2K)；Bo-沸騰特征數(shù)，見式沸騰特征數(shù)，見式(6-28)；hl-液液相單獨流過時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，由下式計算：相單獨流過時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，由下式計算：液相雷諾數(shù)液相雷諾數(shù)當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑液相普朗特數(shù)液相普朗特數(shù)液相粘度液相粘度壁溫下的壁溫下的液相粘度液相粘度3 單組分制

19、冷劑在單組分制冷劑在滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器中的沸騰換熱中的沸騰換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱制冷劑在水平光管束外大空間內(nèi)沸騰時，廣為采用的計算式仍為制冷劑在水平光管束外大空間內(nèi)沸騰時，廣為采用的計算式仍為米海耶夫米海耶夫大容器飽和沸騰公式，沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為大容器飽和沸騰公式，沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h0為：為：q-熱流密度；熱流密度；系數(shù)系數(shù)a和指數(shù)和指數(shù)b與制冷劑種類及熱流密度有關(guān)，由對制冷劑的實驗得出。與制冷劑種類及熱流密度有關(guān)，由對制冷劑的實驗得出。當(dāng)熱流密度當(dāng)熱流密度q2 100 Wm2 時：時： 對于對于R717：a=103，b=0.25當(dāng)熱流密度當(dāng)熱

20、流密度q2 100 Wm2 時：時： 對于對于R717：a=4.4 (1+0.77t0)，b=0.7，t0為蒸發(fā)溫度。為蒸發(fā)溫度。 對于低肋管，氟利昂的沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與光管時相近。對于低肋管，氟利昂的沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與光管時相近。4 表面式蒸發(fā)器表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)制對流換熱空氣側(cè)強(qiáng)制對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱干工況：干工況：表面式蒸發(fā)器換熱過程中，濕空氣的含濕量保持不變的工況。由于叉排表面式蒸發(fā)器換熱過程中，濕空氣的含濕量保持不變的工況。由于叉排管束對流換熱性能好于順排，目前表面式蒸發(fā)器多采用叉排。管束對流換熱性能好于順排，目前表面式蒸發(fā)器多采用叉

21、排。對平直套片叉排的蒸發(fā)器，對平直套片叉排的蒸發(fā)器，當(dāng)排數(shù)為當(dāng)排數(shù)為4-8排時排時，管外對流換熱的，管外對流換熱的傳熱因子傳熱因子由著名的由著名的麥克奎勛麥克奎勛(McQuistion)關(guān)聯(lián)式計算：關(guān)聯(lián)式計算： (1)干工況干工況j-傳熱因子傳熱因子；Red-以管外徑為特征尺度的空氣雷諾數(shù)；以管外徑為特征尺度的空氣雷諾數(shù)；a-空氣的密度，空氣的密度，kgm3 , cp為空氣的比定壓熱容；為空氣的比定壓熱容；do-管外徑，管外徑，m；a -空氣的粘度，空氣的粘度，Pa.s；At-總外表面面積總外表面面積，m2 ；Ao-光管管束的外表面面積，光管管束的外表面面積，m2；umax-翅片間最大流速，翅

22、片間最大流速，m/s；St-斯坦頓數(shù)，斯坦頓數(shù)，研究強(qiáng)制對流的準(zhǔn)數(shù)。研究強(qiáng)制對流的準(zhǔn)數(shù)。 4 表面式蒸發(fā)器表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱當(dāng)排數(shù)小于當(dāng)排數(shù)小于4時，上式應(yīng)進(jìn)行排數(shù)修正，計算式為（時，上式應(yīng)進(jìn)行排數(shù)修正，計算式為（ N為管排數(shù)）：為管排數(shù)）：在做換熱器設(shè)計計算時，還應(yīng)求得在做換熱器設(shè)計計算時，還應(yīng)求得肋片效率肋片效率。平直套片的肋片效率可由下。平直套片的肋片效率可由下式計算：式計算：其中，其中，f-肋片材料的熱導(dǎo)率，肋片材料的熱導(dǎo)率，w(m.K)；肋片厚肋片厚度度，m；h -肋片的折合高度，肋片的折合高度

23、，m。 雙曲正切函數(shù)雙曲正切函數(shù)th x =（exex）/（exex） 4 表面式蒸發(fā)器表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱折合高度折合高度h可按下式計算：可按下式計算：對長方形翅片：對長方形翅片：其中其中A和和B是長方形的長邊與短邊，是長方形的長邊與短邊，A=B時則為正方形。時則為正方形。對六角形翅片：對六角形翅片：其中其中A和和B分別是六角形的長對邊距離與短對邊距離。分別是六角形的長對邊距離與短對邊距離。4 表面式蒸發(fā)器表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的

24、對流傳熱 (2)濕工況濕工況濕工況：濕工況：當(dāng)濕空氣流過表面式蒸發(fā)器時，如翅片表面溫度低于空氣的露點溫度，當(dāng)濕空氣流過表面式蒸發(fā)器時，如翅片表面溫度低于空氣的露點溫度，空氣中含有的水蒸氣將在翅片表面上凝結(jié)，一般也稱為結(jié)露?？諝庵泻械乃魵鈱⒃诔崞砻嫔夏Y(jié)，一般也稱為結(jié)露。濕工況對換熱的影響濕工況對換熱的影響:（1）由于液膜的波動，流經(jīng)蒸發(fā)器的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將增大；）由于液膜的波動，流經(jīng)蒸發(fā)器的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將增大；（2）在顯熱對流換熱的同時發(fā)生水蒸氣凝結(jié)的潛熱傳遞。）在顯熱對流換熱的同時發(fā)生水蒸氣凝結(jié)的潛熱傳遞。（3）然而，濕工況時翅片效率明顯下降，最大可下降然而，濕工況時翅片效率明顯下降，最

25、大可下降30。使結(jié)露時的總傳熱系數(shù)比干工況時高出使結(jié)露時的總傳熱系數(shù)比干工況時高出3050。由于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的增加與翅片效率的降低起著相反的作由于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的增加與翅片效率的降低起著相反的作用，因而用，因而總傳熱系數(shù)比干工況時只增加總傳熱系數(shù)比干工況時只增加10左右左右。4 表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱濕工況對壓降的影響：濕工況對壓降的影響：結(jié)露時由于析出的水分附著在翅片表面上，使空氣流過蒸發(fā)器的阻力大為增加結(jié)露時由于析出的水分附著在翅片表面上，使空氣流過蒸發(fā)器的阻力大為增加, 當(dāng)液膜連結(jié)成為當(dāng)液膜連

26、結(jié)成為“液橋液橋”時，對傳熱和流動均不利。因而，濕工況下工作的表面時，對傳熱和流動均不利。因而，濕工況下工作的表面換熱器，肋片間距應(yīng)大于干工況時的肋片間距。在風(fēng)機(jī)功率不變條件下，空氣阻換熱器，肋片間距應(yīng)大于干工況時的肋片間距。在風(fēng)機(jī)功率不變條件下，空氣阻力的增加使?jié)窆r下的風(fēng)量明顯低于干工況下的風(fēng)量。力的增加使?jié)窆r下的風(fēng)量明顯低于干工況下的風(fēng)量。解決辦法：解決辦法：采用親水膜表面處理技術(shù)，在翅片表面上涂覆親水性的涂層，包括特殊的樹脂漆、采用親水膜表面處理技術(shù)，在翅片表面上涂覆親水性的涂層，包括特殊的樹脂漆、合成硅石和一些表面活性添加劑。涂覆的方法是對整個翅片管束進(jìn)行整體浸涂。合成硅石和一些表

27、面活性添加劑。涂覆的方法是對整個翅片管束進(jìn)行整體浸涂。這些涂覆層的作用是盡可能減小水和翅片表面的潤濕角，這些涂覆層的作用是盡可能減小水和翅片表面的潤濕角，使凝結(jié)水膜極易從翅片使凝結(jié)水膜極易從翅片表面流下表面流下。與不涂覆的翅片比較，經(jīng)涂覆處理后的翅片表面，其濕工況時的阻力。與不涂覆的翅片比較，經(jīng)涂覆處理后的翅片表面，其濕工況時的阻力可減小可減小40。4 表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)強(qiáng)迫對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱結(jié)霜結(jié)霜對傳熱和壓降的影響：對傳熱和壓降的影響：當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度低于水的凝固點時，從濕空氣中析出的凝結(jié)水還會凝固在表當(dāng)蒸發(fā)器

28、表面溫度低于水的凝固點時，從濕空氣中析出的凝結(jié)水還會凝固在表面上形成霜層，表面結(jié)霜后對蒸發(fā)器性能的影響主要為：面上形成霜層，表面結(jié)霜后對蒸發(fā)器性能的影響主要為：（1）在肋片外表面附加了霜層的導(dǎo)熱熱阻；在肋片外表面附加了霜層的導(dǎo)熱熱阻；（2）結(jié)霜使肋片間的空氣通流截面變窄，在風(fēng)機(jī)功率一定的情況下，由于阻結(jié)霜使肋片間的空氣通流截面變窄，在風(fēng)機(jī)功率一定的情況下，由于阻力增大，風(fēng)量減小，使空氣與霜層表面間的對流換熱減弱，其影響更大。力增大，風(fēng)量減小，使空氣與霜層表面間的對流換熱減弱，其影響更大。對于翅片管式蒸發(fā)器，霜層厚度隨時間的變化可由下式估算：對于翅片管式蒸發(fā)器，霜層厚度隨時間的變化可由下式估算：

29、umax-最窄截面中的質(zhì)量流速，最窄截面中的質(zhì)量流速，kg(m2s)；-空氣的相對濕度；空氣的相對濕度；Ct-溫度系數(shù)溫度系數(shù)Ct=0.940.97，；，；-結(jié)霜時間，結(jié)霜時間，h。5 其他條件下的單相對流換熱其他條件下的單相對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱 (1)空氣自然對流換熱空氣自然對流換熱 自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)小于強(qiáng)迫對流，在計算此類空氣冷卻器空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嶙匀粚α鞅砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)小于強(qiáng)迫對流，在計算此類空氣冷卻器空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時，系數(shù)時，必須同時考慮空冷器表面與外界的輻射換熱必須同時考慮空冷器表面與外界的輻射換熱。因為在室溫條件下，輻射換。因為

30、在室溫條件下，輻射換熱與自然對流換熱處于同一數(shù)量級，如計算冷庫內(nèi)冷卻排管與空氣間的換熱時，輻熱與自然對流換熱處于同一數(shù)量級，如計算冷庫內(nèi)冷卻排管與空氣間的換熱時，輻射換熱所占的比例就較大，有時可占總換熱量的射換熱所占的比例就較大，有時可占總換熱量的4050。管板式和吹脹式蒸發(fā)器：管板式和吹脹式蒸發(fā)器： 冰箱中常見的管板式和吹脹式蒸發(fā)器，可以看作是一種復(fù)雜的翅片式換熱器，其冰箱中常見的管板式和吹脹式蒸發(fā)器，可以看作是一種復(fù)雜的翅片式換熱器，其肋化系數(shù)仍可定義為蒸發(fā)器外表面面積與管外表面面積之比。一般冰箱的管板式蒸肋化系數(shù)仍可定義為蒸發(fā)器外表面面積與管外表面面積之比。一般冰箱的管板式蒸發(fā)器，其肋化

31、系數(shù)在發(fā)器，其肋化系數(shù)在3.54.5之間，而吹脹式蒸發(fā)器的肋化系數(shù)在之間，而吹脹式蒸發(fā)器的肋化系數(shù)在4.56.0之間。目之間。目前尚無精確計算該類蒸發(fā)器外表面的自然對流換熱和輻射換熱通用的計算方法，主前尚無精確計算該類蒸發(fā)器外表面的自然對流換熱和輻射換熱通用的計算方法，主要仍依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般家用冰箱采用的管板式與吹脹式蒸發(fā)器的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在要仍依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般家用冰箱采用的管板式與吹脹式蒸發(fā)器的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在1114 W(m2K)之間之間(未結(jié)霜狀態(tài)未結(jié)霜狀態(tài))。5 其他條件下的單相對流換熱其他條件下的單相對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱 (2)管內(nèi)管內(nèi)

32、強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)制對流換熱制冷機(jī)管內(nèi)的流動多數(shù)為湍流，可采用廣為應(yīng)用、形式簡單的迪圖斯制冷機(jī)管內(nèi)的流動多數(shù)為湍流，可采用廣為應(yīng)用、形式簡單的迪圖斯-玻爾玻爾特特(Dittus-Boelter)公式進(jìn)行計算，公式為：公式進(jìn)行計算，公式為：-流體的熱導(dǎo)率，流體的熱導(dǎo)率，w(mK)；di-管內(nèi)徑，管內(nèi)徑，m；定性溫度取流體平均溫度。計算定性溫度取流體平均溫度。計算Re時，取時，取u為流體的平均速度，為流體的平均速度，ms。上式的適用范圍是上式的適用范圍是Ref104以及以及Prf=0.72 500。如果管道截面不是圓形，特性尺度應(yīng)取其當(dāng)量直徑如果管道截面不是圓形，特性尺度應(yīng)取其當(dāng)量直徑do，但對偏離圓

33、斷面形狀，但對偏離圓斷面形狀較遠(yuǎn)的通道，最好采用專用關(guān)聯(lián)式。較遠(yuǎn)的通道，最好采用專用關(guān)聯(lián)式。流體在螺旋管內(nèi)或螺旋形槽道內(nèi)流動時，換熱過程有所增強(qiáng)，其表面?zhèn)鳠嵯盗黧w在螺旋管內(nèi)或螺旋形槽道內(nèi)流動時，換熱過程有所增強(qiáng)，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可先按式數(shù)可先按式(6-36)計算，再乘以校正系數(shù)：計算，再乘以校正系數(shù)：(636)螺旋管的曲率半徑，螺旋管的曲率半徑，m。5 其他條件下的單相對流換熱其他條件下的單相對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱 (3)管束外管束外橫向繞流時的對流換熱橫向繞流時的對流換熱對于對于光管束光管束強(qiáng)制對流，當(dāng)流體流動方向與管軸線垂直，強(qiáng)制對流，當(dāng)流體流動

34、方向與管軸線垂直，Ref=200200000時，平均的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下列關(guān)聯(lián)式計算：時，平均的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下列關(guān)聯(lián)式計算： 空氣：空氣：順排管束順排管束 叉排管束叉排管束 液體：液體：順排管束順排管束 叉排管束叉排管束由于前排對后排的擾動，管束表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨管排數(shù)由于前排對后排的擾動，管束表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨管排數(shù)n增加而增大，當(dāng)增加而增大，當(dāng)n10時可時可忽略不計。對于沿流動方向有忽略不計。對于沿流動方向有n排排管子的管束，上述公式應(yīng)乘以管排校正系數(shù)管子的管束，上述公式應(yīng)乘以管排校正系數(shù)n n，見表見表6-3。5 其他條件下的單相對流換熱其他條件下的單相對流換熱6.2.2 6.2.2 蒸發(fā)器

35、內(nèi)的對流傳熱蒸發(fā)器內(nèi)的對流傳熱 (3)管束外管束外橫向繞流時的對流換熱橫向繞流時的對流換熱當(dāng)流體在具有折流板的殼管式換熱器管束外流動時，對鏜削筒體，表面?zhèn)鳟?dāng)流體在具有折流板的殼管式換熱器管束外流動時，對鏜削筒體，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：熱系數(shù)為：筒體不鏜削時，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)略低，計算公式為：筒體不鏜削時，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)略低，計算公式為：計算時取流體的平均溫度為定性溫度；取管外徑為特性尺度；計算時取流體的平均溫度為定性溫度；取管外徑為特性尺度；Ref按殼體中按殼體中心線附近管間橫流截面上的流速與折流板缺口處流速的幾何平均值計算。心線附近管間橫流截面上的流速與折流板缺口處流速的幾何平均值計算。以上介紹的對流換

36、熱計算式并以上介紹的對流換熱計算式并不能涵蓋所有，應(yīng)根據(jù)具體對不能涵蓋所有，應(yīng)根據(jù)具體對象參閱必要的設(shè)計參考資料。象參閱必要的設(shè)計參考資料。1 流動壓降流動壓降6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算 (1) 干式殼管式蒸發(fā)器干式殼管式蒸發(fā)器在蒸發(fā)器中，被冷卻介質(zhì)的流動阻力直接影響制冷系統(tǒng)的運(yùn)行工況，因而也影響在蒸發(fā)器中，被冷卻介質(zhì)的流動阻力直接影響制冷系統(tǒng)的運(yùn)行工況，因而也影響著系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。下面對幾種典型蒸發(fā)器涉及到的流動壓降計算作簡要介紹。著系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。下面對幾種典型蒸發(fā)器涉及到的流動壓降計算作簡要介紹。管外液體載冷劑縱向混合流動，使用圓缺形管外液體載冷劑縱向混合流動，

37、使用圓缺形折流板時，縱向流速折流板時，縱向流速ub是折流板缺口中的流是折流板缺口中的流速，如圖速，如圖6-24所示。所示。管外液體載冷劑的管外液體載冷劑的縱向縱向流速流速ub圖圖6-24干式殼管式蒸發(fā)器殼側(cè)的流通截面干式殼管式蒸發(fā)器殼側(cè)的流通截面qv-體積流量，體積流量，m3s；Ab-折流板折流板的缺口面積，的缺口面積，m2。若折流板的缺口高度為若折流板的缺口高度為H，其，其中包含有中包含有nb根傳熱管根傳熱管(圖中，圖中，nb=5)，管外徑為，管外徑為do，則，則Kb-折流板缺口面積的折算系數(shù)折流板缺口面積的折算系數(shù)6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算管外液體載冷劑的管外

38、液體載冷劑的橫向橫向流速流速uc圖圖6-24干式殼管式蒸發(fā)器殼側(cè)的流通截面干式殼管式蒸發(fā)器殼側(cè)的流通截面qv-體積流量，體積流量，m3s；Ac-殼體直徑附近的橫向流通面積，殼體直徑附近的橫向流通面積，m2。橫向流速橫向流速uc為殼體中心線附近為殼體中心線附近的流速，即：的流速，即：nc為殼體直徑附近的管數(shù)；為殼體直徑附近的管數(shù)；L為折流板間距，為折流板間距，m。在蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器兩端，為了安裝進(jìn)、出口管而使折流板的間距較大，兩端，為了安裝進(jìn)、出口管而使折流板的間距較大，L應(yīng)取應(yīng)取Li(圖圖6-24)的加權(quán)平均值。的加權(quán)平均值。6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算載冷劑壓降載

39、冷劑壓降載冷劑壓降由四部分組成：載冷劑壓降由四部分組成：流經(jīng)進(jìn)、出口管接頭時的阻力流經(jīng)進(jìn)、出口管接頭時的阻力，流經(jīng)折流板缺口時流經(jīng)折流板缺口時的阻力的阻力，與管子平行流動時的阻力與管子平行流動時的阻力以及以及橫掠管束時的阻力橫掠管束時的阻力。流經(jīng)每塊折流板缺口時的阻力：流經(jīng)每塊折流板缺口時的阻力：流體橫掠管束時的阻力：流體橫掠管束時的阻力：層流層流(Re100)時：時：f-阻力系數(shù)阻力系數(shù)s-管子的中心距管子的中心距湍流時：湍流時：其余兩項阻力按一般的公式計算。其余兩項阻力按一般的公式計算。6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算制冷劑壓降制冷劑壓降制冷劑在管內(nèi)流動沸騰的壓力降

40、包括制冷劑在管內(nèi)流動沸騰的壓力降包括沿程阻力沿程阻力pl及及局部阻力局部阻力pm，即：，即：f-沿程阻力系數(shù)；沿程阻力系數(shù)； l -傳熱管的長度，傳熱管的長度，m；di-管內(nèi)徑，管內(nèi)徑，m；ug為制冷劑飽和蒸氣為制冷劑飽和蒸氣的流速，的流速，ms；g-制冷劑飽和蒸氣的密度，制冷劑飽和蒸氣的密度，kgm3；R-兩相流動阻力換算兩相流動阻力換算系數(shù)，與制冷劑的種類及質(zhì)量流速有關(guān)系數(shù)，與制冷劑的種類及質(zhì)量流速有關(guān). Reg-對應(yīng)于單根管內(nèi)平均流速的制冷對應(yīng)于單根管內(nèi)平均流速的制冷劑飽和蒸氣雷諾數(shù)，特征尺度為管內(nèi)徑。劑飽和蒸氣雷諾數(shù)，特征尺度為管內(nèi)徑。實驗表明，沿程阻力約占總阻力的實驗表明，沿程阻力約

41、占總阻力的2050，因而總阻力為：，因而總阻力為：6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算（2）表面式蒸發(fā)器空氣流動壓降表面式蒸發(fā)器空氣流動壓降空氣橫向流過整體翅片管式換熱器時，流動壓降可由下式計算：空氣橫向流過整體翅片管式換熱器時，流動壓降可由下式計算：qm,max-最小流通斷面處空氣的單位面積質(zhì)量流量，最小流通斷面處空氣的單位面積質(zhì)量流量，kg(m2s)；n-管排數(shù)；管排數(shù)；-以平均溫度為定性溫度的空氣密度，以平均溫度為定性溫度的空氣密度，kgm3；f-摩擦阻力系數(shù)，由下式計算：摩擦阻力系數(shù)，由下式計算：-空氣的粘度，空氣的粘度，Pa.s；do-光管外徑，光管外徑，m；s1

42、-管間距，管間距，m；s-肋片間距，肋片間距，m；de-當(dāng)量直徑，按下式計算：當(dāng)量直徑，按下式計算：Ao、Af分別為單位長度光管面積及單位管長的肋片面積，分別為單位長度光管面積及單位管長的肋片面積，m2；nf-單位管長的肋單位管長的肋片數(shù)。片數(shù)。6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算2. 蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則設(shè)計滿液式蒸發(fā)器時，先設(shè)計滿液式蒸發(fā)器時，先給定制冷劑種類，壓縮機(jī)型式、壓縮機(jī)的額定運(yùn)行工況給定制冷劑種類，壓縮機(jī)型式、壓縮機(jī)的額定運(yùn)行工況，并按這些給定的條件確定蒸發(fā)器的并按這些給定的條件確定蒸發(fā)器的傳熱面積和結(jié)構(gòu)傳熱面積和結(jié)構(gòu)。幾個主要參數(shù)的選擇：

43、幾個主要參數(shù)的選擇： 1)結(jié)構(gòu)型式：結(jié)構(gòu)型式：滿液式蒸發(fā)器中，制冷劑液體由底面或側(cè)面進(jìn)入，產(chǎn)生的蒸氣滿液式蒸發(fā)器中，制冷劑液體由底面或側(cè)面進(jìn)入，產(chǎn)生的蒸氣從上部引出。為了使蒸氣中的液滴分離出來，小型蒸發(fā)器常在殼體上部焊接一從上部引出。為了使蒸氣中的液滴分離出來，小型蒸發(fā)器常在殼體上部焊接一個氣包，大型蒸發(fā)器則在上部留出一定的分離空間或裝有分離擋板等液滴分離個氣包，大型蒸發(fā)器則在上部留出一定的分離空間或裝有分離擋板等液滴分離裝置。蒸發(fā)器運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)有裝置。蒸發(fā)器運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)有13排管子露在液面以上，以防止液滴帶出。這幾排排管子露在液面以上，以防止液滴帶出。這幾排管子會被蒸氣帶上來的液體潤濕，仍能起傳熱管

44、的作用。在氨蒸發(fā)器中一般采管子會被蒸氣帶上來的液體潤濕，仍能起傳熱管的作用。在氨蒸發(fā)器中一般采用鋼管，在氟利昂蒸發(fā)器中常采用低螺紋銅管。用鋼管，在氟利昂蒸發(fā)器中常采用低螺紋銅管。 2)鹽水或水流速度的選擇：鹽水或水流速度的選擇：氨蒸發(fā)器常用于冷卻鹽水，由于鹽水對鋼管的腐蝕性氨蒸發(fā)器常用于冷卻鹽水，由于鹽水對鋼管的腐蝕性較大，故選用較低的流速，約較大，故選用較低的流速，約0.51.5 ms。氟利昂蒸發(fā)器用于冷卻淡水，蒸發(fā)管采。氟利昂蒸發(fā)器用于冷卻淡水，蒸發(fā)管采用低螺紋管或鋸齒形柱片管，水在管內(nèi)的流速約為用低螺紋管或鋸齒形柱片管，水在管內(nèi)的流速約為2.02.5 ms。 3)水在蒸發(fā)器內(nèi)的溫降：水在

45、蒸發(fā)器內(nèi)的溫降：水在蒸發(fā)器內(nèi)的溫降一般在水在蒸發(fā)器內(nèi)的溫降一般在45之間。溫降過大會使之間。溫降過大會使水與制冷劑之間的傳熱溫差減小，傳熱面積增大。溫降過小會使水流量增大，水泵水與制冷劑之間的傳熱溫差減小，傳熱面積增大。溫降過小會使水流量增大，水泵耗功增加。耗功增加。 (1)滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算2. 蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則 (2)干式殼管式蒸發(fā)器干式殼管式蒸發(fā)器設(shè)計時應(yīng)給定額定工況下的制冷量，然后根據(jù)以下原則選擇主要參數(shù)。設(shè)計時應(yīng)給定額定工況下的制冷量，然后根據(jù)以下原則選擇主要參數(shù)。 1)制冷劑質(zhì)量流速的選擇：制冷劑

46、質(zhì)量流速的選擇：質(zhì)量流速愈大，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)時的換熱系數(shù)愈高，質(zhì)量流速愈大，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)時的換熱系數(shù)愈高，因而傳熱性能提高，但制冷劑在管內(nèi)的阻力也增加，這將使制冷劑的進(jìn)出口的溫差因而傳熱性能提高，但制冷劑在管內(nèi)的阻力也增加，這將使制冷劑的進(jìn)出口的溫差增大。在制冷劑出口溫度不變的前提下，制冷劑入口溫度的提高將使制冷劑與載冷增大。在制冷劑出口溫度不變的前提下，制冷劑入口溫度的提高將使制冷劑與載冷劑之間的對數(shù)平均溫差減小。因此，劑之間的對數(shù)平均溫差減小。因此，存在一個最佳質(zhì)量流速存在一個最佳質(zhì)量流速，此時單位面積的熱流，此時單位面積的熱流量為最大值。因為最佳質(zhì)量流速與管子的規(guī)格及流程數(shù)等因素有

47、關(guān)，故最佳設(shè)計方量為最大值。因為最佳質(zhì)量流速與管子的規(guī)格及流程數(shù)等因素有關(guān)，故最佳設(shè)計方案要通過多次計算和比較才能確定。案要通過多次計算和比較才能確定?？紤]管內(nèi)沸騰的壓降后考慮管內(nèi)沸騰的壓降后，順流布置的平均溫差，順流布置的平均溫差大于逆流的平均溫差，因此應(yīng)盡可能使蒸發(fā)管的布置為順流。大于逆流的平均溫差，因此應(yīng)盡可能使蒸發(fā)管的布置為順流。 2)流程數(shù)的選擇：流程數(shù)的選擇：流程數(shù)的選擇與管型有關(guān)。采用內(nèi)肋管時，一般都選二流程的流程數(shù)的選擇與管型有關(guān)。采用內(nèi)肋管時，一般都選二流程的U型管結(jié)構(gòu)，可以防止制冷劑轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的氣液分離現(xiàn)象。采用光管時，可選擇四型管結(jié)構(gòu)，可以防止制冷劑轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的氣液分離現(xiàn)

48、象。采用光管時，可選擇四流程或六流程。流程或六流程。 3)載冷劑降溫的選擇：載冷劑降溫的選擇：在氟利昂水冷卻器中，水側(cè)的溫降一般為在氟利昂水冷卻器中，水側(cè)的溫降一般為46。 4)載冷劑側(cè)折流板數(shù)的選擇載冷劑側(cè)折流板數(shù)的選擇：為了保證載冷劑橫向流過管束時有一定的流速：為了保證載冷劑橫向流過管束時有一定的流速(0.51.0 ms)，必須沿筒體軸向布置一定數(shù)量的折流板。折流板數(shù)應(yīng)根據(jù)載冷劑橫，必須沿筒體軸向布置一定數(shù)量的折流板。折流板數(shù)應(yīng)根據(jù)載冷劑橫向流過管束時的平均流速決定。圓缺形折流板的缺口尺寸對管外側(cè)載冷劑的換熱效向流過管束時的平均流速決定。圓缺形折流板的缺口尺寸對管外側(cè)載冷劑的換熱效果影響很

49、大，缺口愈小傳熱效果愈好，但相應(yīng)的阻力愈大，因此選擇缺口尺寸時應(yīng)果影響很大，缺口愈小傳熱效果愈好，但相應(yīng)的阻力愈大，因此選擇缺口尺寸時應(yīng)作全面的考慮。作全面的考慮。6.2.3 6.2.3 蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的傳熱計算2. 蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則 (3)表面式蒸發(fā)器主要參數(shù)的選擇表面式蒸發(fā)器主要參數(shù)的選擇已知冷卻器所處理的已知冷卻器所處理的空氣量、空氣進(jìn)出口參數(shù)空氣量、空氣進(jìn)出口參數(shù)后，需要選取的主要參數(shù)有：后，需要選取的主要參數(shù)有： 1)結(jié)構(gòu)參數(shù)：結(jié)構(gòu)參數(shù)：管直徑為管直徑為1020 mm；肋化系數(shù)為；肋化系數(shù)為1015；肋片高度為；肋片高度為1012 mm；肋片厚度為；肋

50、片厚度為0.1050.4 mm；肋片間距為；肋片間距為1.84 mm，如結(jié)霜則可達(dá)，如結(jié)霜則可達(dá)68 mm；肋管排數(shù)一般??；肋管排數(shù)一般取4或或6排；每一回路的肋管長度不超過排；每一回路的肋管長度不超過12 m。 2)用于空氣調(diào)節(jié)的冷卻器：用于空氣調(diào)節(jié)的冷卻器：常采用正三角形排列的管束，制冷劑為氨時用常采用正三角形排列的管束，制冷劑為氨時用鋼管鋼肋片，制冷劑為氟利昂時用銅管，翅片為鋁翅片。鋼管鋼肋片，制冷劑為氟利昂時用銅管，翅片為鋁翅片。 3)空氣流速：空氣流速：流速較大時可提高換熱系數(shù)，但空氣阻力也增加，并產(chǎn)生空流速較大時可提高換熱系數(shù)，但空氣阻力也增加，并產(chǎn)生空氣帶水的現(xiàn)象。一般迎面風(fēng)速取

51、氣帶水的現(xiàn)象。一般迎面風(fēng)速取1.53ms，空氣流經(jīng)最窄截面的流速取，空氣流經(jīng)最窄截面的流速取36 ms。 3.蒸發(fā)器傳熱計算實例蒸發(fā)器傳熱計算實例參見教材參見教材p258-2706.3 6.3 冷凝器冷凝器功能：功能：冷凝器是制冷機(jī)中的主要熱交換設(shè)備之一。高壓過熱制冷劑蒸氣在冷凝器冷凝器是制冷機(jī)中的主要熱交換設(shè)備之一。高壓過熱制冷劑蒸氣在冷凝器中放出熱量后，凝結(jié)成飽和液體或進(jìn)一步被冷卻為過冷液體。中放出熱量后，凝結(jié)成飽和液體或進(jìn)一步被冷卻為過冷液體。凝結(jié)換熱過程的熱阻主要為凝結(jié)液膜的導(dǎo)熱，因而使凝結(jié)液及時排除或液膜盡量凝結(jié)換熱過程的熱阻主要為凝結(jié)液膜的導(dǎo)熱，因而使凝結(jié)液及時排除或液膜盡量變薄是

52、強(qiáng)化凝結(jié)換熱的主要出發(fā)點。當(dāng)凝結(jié)換熱熱阻大于或相當(dāng)于冷卻介質(zhì)對流變薄是強(qiáng)化凝結(jié)換熱的主要出發(fā)點。當(dāng)凝結(jié)換熱熱阻大于或相當(dāng)于冷卻介質(zhì)對流換熱熱阻時，有必要考慮強(qiáng)化制冷劑蒸氣的凝結(jié)換熱，氟利昂水冷式冷凝器即屬換熱熱阻時，有必要考慮強(qiáng)化制冷劑蒸氣的凝結(jié)換熱，氟利昂水冷式冷凝器即屬于此種情況。于此種情況?？諝饫鋮s式冷凝器空氣冷卻式冷凝器水冷式冷凝器水冷式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器淋激式冷凝器淋激式冷凝器分類：分類：（按冷卻方式分）（按冷卻方式分）過過熱熱蒸蒸汽汽飽飽和和蒸蒸汽汽飽飽和和液液體體過過冷冷液液體體6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)1.空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器空氣冷

53、卻式冷凝器迄今僅用于氟利昂制冷機(jī)，多用于電冰箱、空氣冷卻式冷凝器迄今僅用于氟利昂制冷機(jī)，多用于電冰箱、冷藏柜、小型空調(diào)機(jī)組、汽車及鐵路車輛用空調(diào)裝置、冷藏冷藏柜、小型空調(diào)機(jī)組、汽車及鐵路車輛用空調(diào)裝置、冷藏運(yùn)輸式制冷裝置等。隨著分布式供冷供熱系統(tǒng)的發(fā)展，空氣運(yùn)輸式制冷裝置等。隨著分布式供冷供熱系統(tǒng)的發(fā)展，空氣冷卻式冷凝器呈現(xiàn)向大負(fù)荷發(fā)展的態(tài)勢?？諝饫鋮s式冷凝器冷卻式冷凝器呈現(xiàn)向大負(fù)荷發(fā)展的態(tài)勢?？諝饫鋮s式冷凝器多為蛇管式結(jié)構(gòu)，制冷劑在管內(nèi)流動凝結(jié)，空氣在管外流動，多為蛇管式結(jié)構(gòu)，制冷劑在管內(nèi)流動凝結(jié)，空氣在管外流動，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。制冷劑放出的熱量被空氣帶走。自然通風(fēng)自然通風(fēng)空氣冷

54、卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器強(qiáng)制通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器類型：類型：6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（1）自然通風(fēng)自然通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑放出的熱依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑放出的熱量帶走。其傳熱效果低于強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器，量帶走。其傳熱效果低于強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器，但由于不用風(fēng)機(jī)，節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗，還避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)但由于不用風(fēng)機(jī)，節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗，還避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲，因而常用于電冰箱等小型制冷裝置。轉(zhuǎn)時的噪聲，因而常用于電冰箱等小型制冷裝置。絲管式冷凝器：絲管式冷凝器：絲管式冷凝器有一

55、根蛇形管，通常采絲管式冷凝器有一根蛇形管，通常采用外徑為用外徑為4.5-6 mm的的邦迪管（邦迪管（BundyPipe，鋼帶，鋼帶/銅箔銅箔雙層卷焊，外表鍍鋅雙層卷焊，外表鍍鋅(鋁鋁)合金，再涂合金，再涂PVF），），蛇形管蛇形管兩側(cè)兩側(cè)點焊外徑為點焊外徑為1.2-1.5 mm的鍍銅鋼絲。鋼絲的間距的鍍銅鋼絲。鋼絲的間距為為5-7 mm。蛇形管上、下兩相鄰管的中心距為。蛇形管上、下兩相鄰管的中心距為35-50 mm。 箱體表面式冷凝器：箱體表面式冷凝器：將水平管組膠合在冰箱箱體后面將水平管組膠合在冰箱箱體后面板上，冷凝時放出的熱量通過管壁傳給面板，再由面板上，冷凝時放出的熱量通過管壁傳給面板，

56、再由面板向空氣散發(fā)。箱體表面式冷凝器的優(yōu)點是箱體外無板向空氣散發(fā)。箱體表面式冷凝器的優(yōu)點是箱體外無突出的冷凝器，外表光潔平整，但其散熱能力不如絲突出的冷凝器，外表光潔平整，但其散熱能力不如絲管式冷凝器。管式冷凝器。由于空氣自然對流換熱強(qiáng)度不大，設(shè)計自然通風(fēng)空氣由于空氣自然對流換熱強(qiáng)度不大，設(shè)計自然通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器時不能忽視冷凝器表面的冷卻式冷凝器時不能忽視冷凝器表面的輻射換熱輻射換熱。圖圖6-26 絲管絲管式冷凝器式冷凝器箱體表面箱體表面式冷凝器式冷凝器6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器由一組或幾組蛇形管組成，制冷劑蒸氣

57、由一組或幾組蛇形管組成，制冷劑蒸氣進(jìn)入蛇形管內(nèi)自上而下流動，冷凝液體進(jìn)入蛇形管內(nèi)自上而下流動，冷凝液體從底部排出。也有制冷劑蒸氣沿蛇形管從底部排出。也有制冷劑蒸氣沿蛇形管上下往返幾次，最后從底部排出的。圖上下往返幾次，最后從底部排出的。圖6-27中制冷劑蒸氣從上部的分配集管進(jìn)中制冷劑蒸氣從上部的分配集管進(jìn)入蛇形管中，冷凝的液體沿管子流下，入蛇形管中，冷凝的液體沿管子流下，匯集于下面的集液管中。管外設(shè)有套片匯集于下面的集液管中。管外設(shè)有套片式肋片，以提高空氣側(cè)的傳熱效果。肋式肋片，以提高空氣側(cè)的傳熱效果。肋片厚約片厚約0.2 mm，片距在，片距在24 mm之間。之間。肋片立孔翻邊，用漲管法擴(kuò)張管

58、徑，使肋片立孔翻邊，用漲管法擴(kuò)張管徑，使之與肋片緊密接觸，以減小接觸熱阻。之與肋片緊密接觸，以減小接觸熱阻。強(qiáng)制通風(fēng)常用軸流式風(fēng)機(jī)。強(qiáng)制通風(fēng)常用軸流式風(fēng)機(jī)。壓縮冷凝機(jī)組：壓縮冷凝機(jī)組：將小型冷凝器與將小型冷凝器與壓縮機(jī)、壓縮機(jī)、儲液器、風(fēng)機(jī)及電動機(jī)儲液器、風(fēng)機(jī)及電動機(jī)裝在同一底板上。裝在同一底板上。小型冷凝機(jī)組可以安裝在室內(nèi)靠近蒸發(fā)小型冷凝機(jī)組可以安裝在室內(nèi)靠近蒸發(fā)器的地方，例如安裝在小型冷庫的頂部。器的地方，例如安裝在小型冷庫的頂部。大一些的冷凝器需遠(yuǎn)置安裝，以保證有大一些的冷凝器需遠(yuǎn)置安裝，以保證有充分的空氣進(jìn)行冷卻，例如安裝在屋頂充分的空氣進(jìn)行冷卻，例如安裝在屋頂上。上。6.3.1 6.

59、3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器直片型風(fēng)冷冷凝器直片型風(fēng)冷冷凝器L型風(fēng)冷冷凝器型風(fēng)冷冷凝器6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器U型風(fēng)冷冷凝器型風(fēng)冷冷凝器V型風(fēng)冷冷凝器型風(fēng)冷冷凝器6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器在汽車空調(diào)系統(tǒng)中，廣泛采用全鋁制冷在汽車空調(diào)系統(tǒng)中，廣泛采用全鋁制冷凝器，有凝器，有管帶式冷凝器管帶式冷凝器和和平行流式冷凝平行流式冷凝器器兩種。兩種。管帶式冷凝器：管帶式冷凝器：這種冷凝器將鋁

60、制扁橢這種冷凝器將鋁制扁橢圓管彎成蛇形，鋁翅片彎成波形圓管彎成蛇形，鋁翅片彎成波形(或鋸或鋸齒形齒形)后后釬焊釬焊而成，如圖而成，如圖6-28。圖圖6-28 管帶式冷凝器管帶式冷凝器多孔扁管多孔扁管6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器平行流式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)平行流式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)制冷劑流向進(jìn)氣出液9孔口琴管孔口琴管6.3.1 6.3.1 冷凝器的結(jié)構(gòu)冷凝器的結(jié)構(gòu)（2）強(qiáng)制通風(fēng)）強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器平行流式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)平行流式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)9管管7管管6管管4管管集流管集流管集流管集流管進(jìn)氣進(jìn)氣出液出液隔片隔