第五章 制冷機(jī)的熱.ppt

1、第五章 制冷機(jī)的熱交換設(shè)備,本章主要介紹制冷機(jī)中的主要換熱設(shè)備蒸發(fā)器和冷凝器的分類、結(jié)構(gòu)、換熱方式及換熱系數(shù)的計(jì)算式,5-1熱交換設(shè)備中的傳熱過程,一. 換熱器的基本傳熱計(jì)算 凡是兩物體間有溫度差，彼此就會(huì)發(fā)生熱量的傳遞。換熱器的主要任務(wù)是兩種或兩種以上的流體在其中進(jìn)行熱交換。 兩流體之間進(jìn)行熱交換，其換熱的基本方式：導(dǎo)熱、對流、輻射。 導(dǎo)熱：物體各部分直接接觸而發(fā)生的熱量傳遞。,式中 -導(dǎo)熱系數(shù)；-管壁厚度；F-傳熱面積；/-導(dǎo)熱熱阻；t-傳熱溫差。,對流：指流體各部分發(fā)生位移而引起與它接觸的固體壁之間的熱量轉(zhuǎn)移。 式中 -對流放熱系數(shù)。 輻射：是靠電磁波來傳遞熱量的。 在工程上的實(shí)際換熱現(xiàn)

2、象，往往是導(dǎo)熱、對流、輻射同時(shí)起作用。在一般的制冷工程設(shè)計(jì)中，因兩流體的溫差較小，輻射傳遞的熱量比較小，一般可忽略不計(jì)，只考慮導(dǎo)熱和對流。 制冷系統(tǒng)中的熱交換器的傳熱方式：沸騰、冷凝、強(qiáng)制對流、自然對流、導(dǎo)熱等。 制冷系統(tǒng)中需要交換熱量的兩種流體分別處于固體壁面的兩側(cè)。這種換熱器稱為表面式換熱器。,二. 傳熱的基本方程式,1通過平壁的傳熱 冷熱兩種流體通過金屬表面進(jìn)行熱交換，設(shè)熱、冷流體的溫度為 t1、t2，金屬表面的厚度為，金屬壁面的導(dǎo)熱系數(shù)為，在金屬兩側(cè)壁面的溫度分別為t1和t2，熱流體與金屬壁面之間的放熱系數(shù)1，冷流體側(cè)放熱系數(shù)2。,（1）單位時(shí)間內(nèi)通過面積F的傳熱量 （5-1） （5-

3、2） （5-3） 將以上三式相加，得： （5-4）,kW （5-5） 令 w/m2k K-傳熱系數(shù)。 （5-6）,（2）單位面積的傳熱量熱流密度 w/k （3）傳熱系數(shù)K K的物理意義： 傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于溫差為1，面積為1 的傳熱率。 1/K稱為傳熱熱阻。,如果壁面上附有油垢或水垢，其厚度為2、3，則 （5-7）,2通過圓管傳熱,設(shè)圓管長 ，內(nèi)、外徑分別為 、 ，相應(yīng)的半徑為 和 ，管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，管內(nèi)側(cè)流體的換熱系數(shù)為 ，管外側(cè)流體的換熱系數(shù)為 ，管子內(nèi)、外側(cè)流體的溫度分別為 和 。,（1）單位時(shí)間傳熱量Q 因圓管內(nèi)、外表面積不相等，所以傳熱系數(shù)有內(nèi)、外之分，即 、 。 以外表面積

4、為基準(zhǔn)： kW (5-8),（2）單位長度的傳熱密度 w/m （5-9） （5-10） （3）傳熱系數(shù) 通過圓筒壁的導(dǎo)熱：看成厚度為 ，表面積為 的平壁。 將上式由 到 積分后得到： (1),、 分別是內(nèi)、外壁面的溫度。 內(nèi)側(cè)對流： （2） 外側(cè)對流： （3） 整理上面三式： （5-11）,（5-12） 傳熱系數(shù) （5-13） （5-14）,如果 時(shí)，工程計(jì)算中可簡化為 （5-15） 或 （5-16）,如果考慮污垢熱阻 （5-17） 或 （5-18） 其中表示內(nèi)表面的污垢系數(shù)，表示外表面的污垢系數(shù)。,（4）熱流密度 當(dāng) 、 已知時(shí)，才能求出 、 及 ，而 ，因此 和 不能直接求取，用迭代法或圖

5、解法求取。 （5-19） （5-20） 式中 是以外表面為基準(zhǔn)的熱流密度； 是管外流體溫度 與管外污垢層外表面溫度 的對數(shù)平均溫差； 是 與管內(nèi)流體溫度的對數(shù)平均溫差。,用迭代法解這一組方程式，即可求得 和 ，進(jìn)而求出傳熱系數(shù)的數(shù)值。 圖解法求解：以 為縱坐標(biāo)，溫度t為橫坐標(biāo)。根據(jù)管外流體溫度 和管內(nèi)、外流體間的總對數(shù)平均溫差 確定點(diǎn)a和點(diǎn)b，從點(diǎn)a和點(diǎn)b出發(fā)，分別畫出代表公式（5-19）和公式（5-20）的曲線。曲線的交點(diǎn)即為要求的 和 。,3通過肋壁傳熱,根據(jù) ，傳熱量Q不僅與傳熱系數(shù)K有關(guān)，而且還與傳熱面積F有關(guān)。提高K可使Q增大，而提高流體流速可使K增大，但流動(dòng)阻力也將提高。因此，通過

6、提高流速來增加傳熱系數(shù)K是有限的。同樣提高傳熱面積F也可以使Q增加。工程上利用表面肋化來擴(kuò)大傳熱面積。 當(dāng)管子內(nèi)、外側(cè)的放熱系數(shù)相差懸殊時(shí)，在對流換熱系數(shù)較小的一側(cè)加肋片，以強(qiáng)化傳熱。,肋片的總面積為 。包括肋根部的面積 和肋的外表面積 。通過肋片管外表面積的換熱量等于肋片的換熱量與肋基管無肋片處表面積上換熱量之和。 即：,（5-21）,5-2 蒸發(fā)器,一. 蒸發(fā)器的分類 1. 根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類進(jìn)行分類： （1）冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器 （液體冷卻器） 這類蒸發(fā)器有：殼管式、立管式、螺旋管式和蛇管式等多種型式。 （2）冷卻空氣的蒸發(fā)器 分為空氣自然對流-冷卻排管（墻排管和頂排管） 空氣強(qiáng)制對

7、流-利用風(fēng)機(jī)使空氣循環(huán)，稱為冷風(fēng)機(jī)或空氣冷卻器。 （3）冷卻固體物的接觸式蒸發(fā)器 例：冰淇淋機(jī)，塊冰機(jī)，平板凍結(jié)器等的蒸發(fā)器。,二. 按供液方式的不同分類 （1）再循環(huán)式蒸發(fā)器 高壓液體經(jīng)節(jié)流閥后首先進(jìn)入氣液分離器中，在其中分離蒸氣后，將液體送入蒸發(fā)器中。 優(yōu)點(diǎn)：可使傳熱面盡量與液體制冷機(jī)相接觸，熱交換效果好。 缺點(diǎn)：充灌量過大，潤滑油難于返回壓縮機(jī)。 （2）干式蒸發(fā)器（非滿液式蒸發(fā)器） 從膨脹閥直接向蒸發(fā)器供液。節(jié)流后，一部分液體變成氣體，這部分閃發(fā)氣體也進(jìn)入蒸發(fā)器中。優(yōu)點(diǎn)：充灌量??；缺點(diǎn)：傳熱效果較差。,（3）滿液式蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳熱性能好； 缺點(diǎn)：制冷劑充灌量大，有靜

8、液高度影響，使蒸發(fā)溫度提高，對于溶油的制冷劑，油難排出。 （4）淋激式蒸發(fā)器 優(yōu)點(diǎn)：減小制冷劑充灌量，可以消除靜液高度的影響； 缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)用高。,二.干式蒸發(fā)器,制冷劑在管內(nèi)一次完全氣化的蒸發(fā)器稱為干式蒸發(fā)器。 干式蒸發(fā)器屬于非滿液式。干式蒸發(fā)器可以分成冷卻液體型和冷卻空氣型。 1冷卻液體型干式蒸發(fā)器 制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，而載冷劑在管束外的空間內(nèi)流動(dòng)，筒體內(nèi)裝有若干塊隔板（折流板），以增加載冷劑橫掠管束的流速。折流板的個(gè)數(shù)取決于載冷劑的流速。 制冷的液體從下部進(jìn)入，蒸發(fā)后的制冷劑氣體從上部排出。只要保證管內(nèi)的流速大于一定值（4m/s），就可以保證潤滑油順利地返回壓縮機(jī)中。,傳熱管有兩種形式：

9、（1）用直的光管或具有縱向肋片的內(nèi)翅片管。 這種型式的蒸發(fā)器的不足之處在于：制冷劑在管內(nèi)分配不均勻。因?yàn)橹评鋭┙?jīng)節(jié)流后，實(shí)際上為氣液混合狀態(tài)，由于液體的比重較蒸氣大得多，因此進(jìn)入底部幾排管子的制冷劑的含液量多，而進(jìn)入上面幾排管子的含氣量多，形成氣液分離現(xiàn)象。 （2）采用U形管作為傳熱管。 為了彌補(bǔ)干式蒸發(fā)器中采用直管的不足，傳熱管采用U形管。 這種類型的蒸發(fā)器，在載冷劑側(cè)泄漏比較嚴(yán)重。泄漏主要發(fā)生在折流板外周與殼體之間，以及折流板的管孔與管子之間。泄漏會(huì)使載冷劑側(cè)的放熱系數(shù)減小。,2冷卻空氣型干式蒸發(fā)器,這種類型的蒸發(fā)器，其傳熱管可以是光管及肋片管。空氣的流動(dòng)分為自然對流與強(qiáng)制對流。 空氣自然

10、對流的蒸發(fā)器稱為冷卻排管，安裝在冷庫的頂部和墻壁上，來直接冷卻庫內(nèi)的空氣。 冷卻排管的缺點(diǎn)：（1）由于被冷卻的空氣是自然對流，其放熱系數(shù)很低，所以冷卻排管整體的傳熱系數(shù)很??；（2）為滿足一定的制冷量，所需的傳熱面積很大，管材的消耗量大；（3）冷卻排管中制冷劑的充灌量很大，同時(shí)由于液柱的影響使傳熱溫差相應(yīng)減?。唬?）融霜操作煩復(fù)，不利于自動(dòng)化操作。,由于排管的傳熱系數(shù)很低，為了強(qiáng)化傳熱，冷庫多采用空氣強(qiáng)制對流的蒸發(fā)器。 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器或稱作冷風(fēng)機(jī)。在這種蒸發(fā)器中，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，空氣在風(fēng)機(jī)作用下從管外流過。肋片為套片或繞片。蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)與空氣流速、肋片結(jié)構(gòu)及管子的排列有關(guān)。 優(yōu)點(diǎn)：（

11、1）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小；（2）降溫速度快；（3）管理方便，易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程的自動(dòng)化。,由于蒸發(fā)管組在低溫下冷卻空氣時(shí)，水分有可能在肋片和管子上凍結(jié)成霜，影響空氣的流通。因此低溫下使用的蒸發(fā)器應(yīng)采用較大的片距，通常取612mm。當(dāng)蒸發(fā)器用于空氣調(diào)節(jié)或蒸發(fā)溫度在水的凝固點(diǎn)以上時(shí)，肋片和管子上不會(huì)結(jié)霜，此時(shí)可用較小的片距，一般為24mm，最小可取1.6mm。 自然對流的蒸發(fā)器，為減少空氣流經(jīng)管組時(shí)的流動(dòng)阻力，片距通常比強(qiáng)制對流型大。,與滿液式蒸發(fā)器相比，干式蒸發(fā)器有一系列的優(yōu)點(diǎn)：（1）充灌量小，系統(tǒng)中不需要儲(chǔ)液器或只要小的儲(chǔ)液器，從而使整臺(tái)機(jī)器的重量和體積減??；（2）便于把蒸發(fā)器中的潤滑油排回壓縮

12、機(jī)；（3）由于載冷劑在管外流動(dòng)，故冷量損失較小，且可以減緩凍結(jié)的危險(xiǎn)。缺點(diǎn)：受管內(nèi)制冷劑的潤濕程度的影響，干式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)較低。 帶折流板的干式蒸發(fā)器還有下列缺點(diǎn)：（1）折流板與殼體之間以及折流板與管子之間存在間隙，易使制冷劑發(fā)生泄漏，影響傳熱效果。（2）當(dāng)出口蒸發(fā)溫度不變時(shí)，入口蒸發(fā)溫度由于流動(dòng)阻力的存在而增高，因而使傳熱溫差減小。（3）折流板的結(jié)構(gòu)及裝配工藝比滿液式蒸發(fā)器復(fù)雜，管外只能用化學(xué)方法清洗。,直接蒸發(fā)式空氣冷卻器由4排、6排或8排肋片管組成，管材一般采用直徑為1016mm的銅管，外套整體鋁片。如圖示。分液器與毛細(xì)管是保證液態(tài)制冷劑能夠均勻地分配給各路肋片管的主要部件。由于來自

13、膨脹閥的制冷劑是濕蒸氣，當(dāng)安裝不當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致某些肋片管通過的氣態(tài)制冷劑過多，液態(tài)制冷劑過少，這種不均勻性會(huì)影響傳熱效果。分液器的作用就是解決分液不均勻。 采用分液器的目的：將有膨脹閥來的氣液混合物均勻混合后再輸送到各個(gè)管路中。 分液器的結(jié)構(gòu)有：（1）離心式分液器；（2）碰撞式分液器；（3）降壓式分液器；（4）文氏管型分液器。,三. 滿液式蒸發(fā)器,滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，易于安裝，使用方便。這種滿液式蒸發(fā)器，傳熱表面基本上與液態(tài)制冷劑相接觸，也可以有13排管子露在液面以上，也可以使制冷劑蒸氣中夾帶的液體進(jìn)一步氣化。 在氨滿液式蒸發(fā)器中，氨液通過浮球閥后由殼體下部進(jìn)入蒸發(fā)器。在正常情況下

14、殼體與管子間都充滿氨液，故稱為滿液式。但充液面不宜過高，應(yīng)有13排管子露出液面，以防制冷劑液體被吸入壓縮機(jī)中。在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的氨蒸氣進(jìn)入頂部氣室中，將其中挾帶的液滴分離后，由氣室上部被抽入壓縮機(jī)中。,氨臥式蒸發(fā)器的殼體底部都焊有一個(gè)集油器，氨液中的潤滑油可以從放油管放出。為了指示殼體內(nèi)氨的液位，在氣室和殼體間焊有一鋼管，根據(jù)鋼管外表面結(jié)霜的高度即可判斷液面位置。氨臥式蒸發(fā)器的傳熱管為無縫鋼管，殼體的長徑比一般為48之間。 氟里昂臥式蒸發(fā)器的構(gòu)造與氨蒸發(fā)器相似，但傳熱管一般多采用低螺紋銅管。另外，由于氟里昂與潤滑油間能相互溶解，因而殼體底部不設(shè)集油器。 氟里昂蒸發(fā)器中的充液量應(yīng)少于氨，這是由于潤

15、滑油溶解在氟里昂液體中，當(dāng)氟里昂蒸發(fā)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，使液面上升。為了保證吸入壓縮機(jī)的氟里昂蒸氣有一定的過熱度，有的令載冷劑從蒸發(fā)器上部的管子進(jìn)入。為了減少氟里昂蒸氣逸出時(shí)帶出的液滴，在管簇上部還裝有擋液板。,立管式冷水箱型蒸發(fā)器也是滿液式蒸發(fā)器。 這種蒸發(fā)器只用于氨制冷機(jī)。蒸發(fā)器的每一個(gè)管組上都裝有上、下兩個(gè)水平集管。沿集管的軸向焊有直徑較小、兩端略彎的主管，中間焊接一個(gè)直徑稍大的直立管，管中插有中間進(jìn)液管，如圖9-19所示。 立管式冷水箱型蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是：立管與上、下集管的焊點(diǎn)較多。螺紋管式冷水箱型蒸發(fā)器克服了這一缺點(diǎn)。在這種蒸發(fā)器中，用螺紋管代替立管。為了充分利用螺紋管中的空間，采

16、用內(nèi)、外兩組螺紋管。這種結(jié)構(gòu)使上、下集管的焊點(diǎn)減少。,滿液式蒸發(fā)器的缺點(diǎn)：（1）當(dāng)載冷劑為淡水時(shí)，如殼體內(nèi)蒸發(fā)溫度由于負(fù)荷變化而降低到0以下時(shí)，管內(nèi)的水可能結(jié)冰，致使傳熱管漲裂；（2）當(dāng)蒸發(fā)壓力較低時(shí)，液體在殼體內(nèi)的靜液柱使底部溫度升高，傳熱溫差減??；（3）對于與潤滑油互溶的制冷劑，如使用滿液式蒸發(fā)器，則難于回油；（4）制冷劑的充灌量較大；（5）用于船艦上時(shí)，由于液面搖擺容易造成沖缸事故。 為了克服上述缺點(diǎn)，有時(shí)將制冷劑從蒸發(fā)器底部抽出，用泵輸送到殼體的頂部后噴淋下來。這種蒸發(fā)器又稱為淋激式蒸發(fā)器，它也可以看作是一種用泵輸送的再循環(huán)式蒸發(fā)器，只是氟里昂在蒸發(fā)管的管外流動(dòng)。 采用淋激式蒸發(fā)器后，

17、殼體中的液位可以很低，消除了因?yàn)楦咭何辉斐傻囊后w上、下部溫度的不均勻，并減少了制冷劑的充灌量，但增加了泵和管系。,四.再循環(huán)式蒸發(fā)器,再循環(huán)式蒸發(fā)器中制冷劑需經(jīng)幾次循環(huán)才能完全氣化。由蒸發(fā)管出來的兩相混合物進(jìn)入分離器，分離出蒸氣和液體。蒸氣被吸入壓縮機(jī)內(nèi)，液體再次進(jìn)入蒸發(fā)管中蒸發(fā)。 在再循環(huán)式蒸發(fā)器的管子中，液體所占的體積約為管內(nèi)總?cè)莘e的50%，因而管子內(nèi)表面得到良好的潤濕。 對于重力型再循環(huán)式蒸發(fā)器，其氣液分離器應(yīng)設(shè)置在頂部。如果液體用泵循環(huán)，就不一定這樣布置，此時(shí)最好將氣液分離器安裝在壓縮機(jī)附近，這樣管路損失可以小一些。如圖9-15所示。在圖9-15所示的回路中，氣液分離器有水平的和垂直的

18、兩種。不管采用哪一種型式的氣液分離器，都必須保證泵入口處的液柱高度，同時(shí)要有充分的空間進(jìn)行氣液分離。制冷劑在氣液分離器內(nèi)的流速應(yīng)低于0.5m/s。 與干式蒸發(fā)器相比，再循環(huán)式蒸發(fā)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：蒸發(fā)管子的內(nèi)壁完全濕潤，因而有高的換熱系數(shù)。其主要缺點(diǎn)是：體積大，需要的制冷劑多。在用泵輸送液體的再循環(huán)式蒸發(fā)器中，有密封泵等設(shè)備。,5-3 冷凝器,一. 冷凝器的種類 按冷卻介質(zhì)的種類分類： 1水冷式冷凝器 用水作為冷卻介質(zhì)的冷凝器稱為水冷式冷凝器。 立式殼管式冷凝器、臥式殼管式冷凝器、套管式冷凝器、螺旋板式冷凝器、殼盤管式冷凝器等。 2空氣冷卻式冷凝器 用空氣作為冷卻介質(zhì)的冷凝器。制冷劑在管內(nèi)冷凝，

19、空氣在管外流動(dòng)。空氣側(cè)采用風(fēng)機(jī)，使空氣受迫流動(dòng)的稱為強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器。不用風(fēng)機(jī)的稱自然對流空氣冷卻式冷凝器。 3.淋激式和蒸發(fā)式冷凝器 冷卻介質(zhì)同時(shí)用空氣和水的冷凝器。制冷劑在管內(nèi)冷凝，管外同時(shí)受到水和空氣的冷卻。,二.空氣冷卻式冷凝器,空氣冷卻式冷凝器完全不需要冷卻水，而是利用空氣使氣態(tài)制冷劑冷凝。 空氣冷卻式冷凝器用于電冰箱、冷藏柜、小型空調(diào)器等?？諝饫鋮s式冷凝器多為蛇形管式結(jié)構(gòu)。制冷劑在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流動(dòng)。制冷劑放出的熱量被空氣帶走。根據(jù)空氣的流動(dòng)情況可以分為自然對流冷卻和強(qiáng)制對流冷卻。 為了增強(qiáng)空氣側(cè)的放熱系數(shù)，必須將管子外表面進(jìn)行肋化。由銅管制成蛇形管所組成的。管子的排

20、列型式為錯(cuò)排。盤管上纏繞或套有肋片?？諝饬鲃?dòng)利用風(fēng)機(jī)作強(qiáng)迫流動(dòng)，通過管壁與冷卻空氣進(jìn)行熱交換，液體由下部導(dǎo)出。 空氣冷卻式冷凝器一般適用于冷凝壓力較低的制冷劑，如R-22。一般用于小型氟里昂機(jī)組中。,1自然對流空氣冷卻式冷凝器,自然對流空氣冷卻式冷凝器依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑放出的熱量帶走。這種冷凝器的傳熱效果低于強(qiáng)制流動(dòng)空氣冷卻式冷凝器。因而通常僅用于家用電冰箱和小型制冷裝置。由于不用風(fēng)機(jī)，節(jié)省了風(fēng)機(jī)的耗電量，還避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲。這種冷凝器的傳熱系數(shù)低。 圖9-20為絲管式自然對流空氣冷卻式冷凝器，絲管式冷凝器有一根蛇形管，通常采用外徑為4.56mm的邦迪管。蛇形管的兩側(cè)

21、焊接外徑為1.21.5mm的鍍銅鋼絲。鋼絲的間距為57mm。蛇形管上、下兩相鄰管的中心距為3550mm。,圖9-21是箱體表面式冷凝器。這種冷凝器是將水平管組膠合在冰箱箱體后面的板上形成的。冷凝時(shí)放出的熱量通過管壁傳給板，再由板向空氣散發(fā)。 箱體表面式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)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管式冷凝器。,2強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器 強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻式冷凝器由一組或幾組蛇形管組成。制冷劑蒸氣進(jìn)入蛇形管后自上而下地流動(dòng)，冷凝后的液體從底部排出。也有制冷劑蒸氣沿蛇形管上下往返幾次，最后從底部排出。圖2-22為空氣冷卻式冷凝器的一種結(jié)構(gòu)形式。 強(qiáng)制通風(fēng)用的風(fēng)機(jī)常用軸流式風(fēng)機(jī)

22、。小型冷凝器常與壓縮機(jī)、貯液器和電機(jī)裝在同一底板上，風(fēng)扇用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣就構(gòu)成了壓縮冷凝機(jī)組。小的冷凝機(jī)組可以安裝在室外靠近蒸發(fā)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，以保證有充分的空氣進(jìn)行冷卻。例如：安裝在建筑物的屋頂上。,三. 水冷式冷凝器,1立式殼管式冷凝器 立式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)如圖9-25所示。外殼是由鋼板卷焊成的圓筒，筒體的兩端焊有管板，板間焊接或脹接有許多根無縫鋼管。冷卻水從上部通入管內(nèi)，吸熱后排入下部的水池中。為了使水能均勻地配給每根鋼管，冷凝器頂部裝有配水箱。,冷卻水從水箱中通過分配口均勻地把水分配到各個(gè)管口。在每一根無縫鋼管的口上，設(shè)有一個(gè)帶斜槽的導(dǎo)

23、流管嘴，使水沿管子內(nèi)壁成螺旋線狀流動(dòng)。這樣水在管內(nèi)壁能很好地形成一層水膜。（1）可延長冷卻水的熱交換時(shí)間；（2）可提高冷卻效率；（3）可節(jié)省水量。進(jìn)入水池的水可以通過水泵輸送到冷卻水塔中，經(jīng)冷卻后再循環(huán)使用。 制冷劑蒸氣從殼體的上部進(jìn)入管間，凝結(jié)后的液體從下部導(dǎo)出。 冷凝器外殼還設(shè)有液面指示器、放空氣閥、安全閥、平衡管（均壓管）、放油閥、壓力表接頭等。,由于系統(tǒng)內(nèi)存在有不凝性氣體和空氣，在冷凝器中制冷劑的蒸氣被凝結(jié)下來，而不凝性氣體和空氣則聚集在冷凝器的上部，占據(jù)了一定的傳熱面積，影響冷凝器的傳熱效果。也會(huì)使冷凝壓力升高。因此應(yīng)定期地從冷凝器中將這些不凝性氣體排放出去。通過放空氣管與放空氣器相

24、連接。 均壓管（氣體平衡管）是冷凝器與貯液器上部相連接的管子，以利液體能順利地流入貯液器中。 立式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)：垂直安裝，占地面積小，可露天安裝，節(jié)省機(jī)房面積；水質(zhì)要求較低，清除水垢方便。缺點(diǎn)：耗水量大，笨重，搬運(yùn)不方便，制冷劑泄漏時(shí)不易發(fā)現(xiàn)。,2臥式殼管式冷凝器,筒體內(nèi)裝傳熱管（氨制冷劑為鋼管通常為2532mm、氟為銅管），殼體兩端焊有管板，將傳熱管組用脹管或焊接固定在管板上，兩端有用鑄鐵鑄造的端蓋。蓋內(nèi)有帶有分水筋。把全部管束分隔成幾個(gè)管組（也稱為幾個(gè)流程）,水的流速約為12m/s。冷卻水從一端封蓋的宣布進(jìn)入后，將順序通過每個(gè)管組，最后從同一側(cè)封蓋的上部流出。這樣可以提高管內(nèi)冷卻水的

25、流動(dòng)速度，增加冷卻水側(cè)的吸熱系數(shù)。同時(shí)，由于冷卻水的行程較長，冷卻水進(jìn)出口的溫差也可有較大的提高。因此可使冷卻水用量較少。,制冷劑蒸氣從上部進(jìn)入管間間隙，凝結(jié)后由底部排出。氨臥式殼管式冷凝器的最底部還設(shè)有集油包。 殼體的上部設(shè)有安全閥、平衡管、放空氣管、壓力表接頭，側(cè)蓋上還設(shè)有放空氣和水的旋塞。運(yùn)行時(shí)打開上部的放空氣旋塞，排放出水中的空氣，使管內(nèi)充滿冷卻水。停止運(yùn)轉(zhuǎn)或修理時(shí)，打開下部的旋塞，放出冷凝器內(nèi)部的水。 臥式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)較高，冷卻水耗量少，結(jié)構(gòu)緊湊；缺點(diǎn)：對冷卻水的水質(zhì)要求較高。清除水垢時(shí)不方便。 如采用氟里昂制冷劑，由于氟里昂側(cè)的放熱系數(shù)低，所以在銅管外表面進(jìn)行肋化，

26、采用滾壓翅片管或繞片管，同時(shí)在冷凝器的底部沒有放油管。 另外冷凝器中還設(shè)有低熔點(diǎn)合金的易熔塞。當(dāng)嚴(yán)重缺水或其它原因停止供水時(shí)，冷凝器中的冷凝壓力驟增，冷凝溫度也上升，當(dāng)冷凝器中的溫度高于70時(shí)，則合金熔化，放出制冷劑，防止發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。,3套管式冷凝器,用于制冷量小于25KW的小型氟里昂機(jī)組中。 套管式冷凝器由兩根或幾根大小不同的管子組成。大管子內(nèi)套小管子，小管子可以是一根或數(shù)根。如圖9-27所示，為用兩種不同直徑的無縫鋼管套在一起盤成長圓形的套管式冷凝器。冷卻水在中間管內(nèi)流動(dòng)，下進(jìn)上出。工質(zhì)在管間內(nèi)凝結(jié)，上進(jìn)下出，進(jìn)行逆流式換熱，傳熱效果好。 在套管式冷凝器中，制冷劑同時(shí)受到冷水及管外空氣

27、的冷卻，因而它的傳熱效果好。 套管式冷凝器用于氟里昂機(jī)組時(shí)，內(nèi)管常用滾壓肋片管。這種結(jié)構(gòu)常用在水冷卻式空調(diào)柜中。氨制冷機(jī)中套管式熱交換器主要用作過冷器。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，冷凝效果好，可套在壓縮機(jī)外面，節(jié)省制冷機(jī)組的占地面積；缺點(diǎn)：單位面積的金屬耗量大，清洗水垢困難，對水質(zhì)要求高。,4. 殼-盤管式冷凝器,殼-盤管式冷凝器是由一根或幾根盤管裝在一個(gè)殼體內(nèi)構(gòu)成的。殼-盤管式冷凝器的結(jié)構(gòu)如圖9-28所示。 冷凝器管內(nèi)通水，管外是制冷劑。制冷劑蒸氣從頂部進(jìn)入殼體后在管外冷卻并凝結(jié)，冷凝后的液體匯集在殼體底部后引出。用殼-盤管式冷凝器時(shí)，不可在系統(tǒng)中充灌過多的制冷劑，否則太多的制冷劑回減少有效

28、的傳熱面積。殼-盤管式冷凝器結(jié)構(gòu)簡單，適用于小型的制冷裝置，主要用在氟里昂機(jī)組中，因?yàn)榉锇合到y(tǒng)中盤管的材料為銅，容易加工。但殼-盤管式冷凝器無法機(jī)械清洗，應(yīng)當(dāng)使用符合水質(zhì)要求的水，并定期進(jìn)行化學(xué)清洗。,5. 螺旋板式冷凝器,螺旋板式冷凝器由兩個(gè)螺旋體加上頂蓋和連接管構(gòu)成。兩個(gè)螺旋體形成兩條螺旋形通道，如圖9-29所示。 兩種介質(zhì)在螺旋形通道內(nèi)逆向流動(dòng)，一種介質(zhì)由螺旋中心流入，從周邊流出；另一種介質(zhì)由周邊流入，從中心流出。 螺旋板式冷凝器周邊處的管接頭應(yīng)切向連接。為了增加螺旋板的剛度，在通道內(nèi)每隔一定的距離便設(shè)有支撐。當(dāng)冷凝器承受的壓力較高時(shí)，應(yīng)在其外圍焊接加強(qiáng)筋。與殼管式冷凝器比較，螺旋板式

29、冷凝器不但體積小，重量輕，而且傳熱系數(shù)高。,四. 蒸發(fā)式和淋激式冷凝器,1蒸發(fā)式冷凝器 蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)構(gòu)如圖9-32所示。 水冷式冷凝器需要的冷卻水量較大，在缺水的地區(qū)則不能使用。所以采用冷卻水用量少的蒸發(fā)式冷凝器。 風(fēng)機(jī)在頂部的稱為吸入式。吸入式氣流均勻地通過冷凝器管，傳熱效果好。但風(fēng)機(jī)在高溫高濕的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，易發(fā)生故障。 風(fēng)機(jī)在側(cè)面的稱為壓送式（吹入式）。壓送式的氣流流動(dòng)不太均勻，傳熱效果也差，但風(fēng)機(jī)工作條件好。 蒸發(fā)式冷凝器對制冷劑蒸氣的冷卻除用冷卻水的顯熱外，主要是利用其汽化潛熱來帶走制冷劑的熱量。所以，這種冷凝器的冷卻水用量比殼管式要少得多。,也有的蒸發(fā)式冷凝器，在擋水板的上部增加

30、一排或兩排肋管。使來自制冷壓縮機(jī)的過熱蒸氣首先在次部分地冷卻，達(dá)到接近pk下的飽和溫度，然后再進(jìn)入冷凝盤管中冷凝為液體。 優(yōu)點(diǎn)：新鮮水的消耗量少，體積小，占地面積小，可安裝在機(jī)房或設(shè)備間的屋頂。 缺點(diǎn)：冷卻水循環(huán)時(shí)溫度較高，清理水垢困難。,2. 淋激式冷凝器,淋激式冷凝器由無縫鋼管組成的蛇形管，工質(zhì)蒸氣由下部進(jìn)入，液體由焊接在蛇形管一端的支管及時(shí)導(dǎo)出，然后流入貯液器中。冷凝器的上部有一放空氣集管，它與蛇形管頂部和貯液器的放空氣管相連接。 冷卻水自上而下的淋澆在蛇形管組外表面。為了使水能均勻地分布，在蛇形管組上部裝有配水箱和V型配水槽。冷卻水從配水箱流入水槽中，經(jīng)水槽下面的縫隙流到蛇形管的頂端，

31、成膜層流下，落入水池中，再經(jīng)冷卻水塔循環(huán)使用。 制冷劑蒸氣冷凝是依靠水在蛇形管外的蒸發(fā)吸熱，蒸發(fā)后的水蒸汽由自由流動(dòng)的空氣帶走。為避免太陽的直接照射，一般設(shè)有通風(fēng)的罩棚，四周側(cè)設(shè)有百葉窗。百葉窗還起著減少冷卻水量損失的作用。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，對水質(zhì)要求低，水垢易清除。 缺點(diǎn)：占地面積大，冷卻水循環(huán)量大。,5-4 蒸發(fā)器、冷凝器內(nèi)的傳熱過程的影響因素,一. 影響蒸發(fā)器中傳熱強(qiáng)度的因素 （一）制冷劑蒸發(fā)時(shí)的放熱強(qiáng)度 1.制冷劑在蒸發(fā)器中發(fā)生的變化實(shí)際上是一個(gè)沸騰過程，習(xí)慣上稱為蒸發(fā)。把制冷劑氣化吸熱的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。 制冷劑蒸發(fā)時(shí)的放熱強(qiáng)度與沸騰狀態(tài)有關(guān) 2.制冷劑蒸發(fā)時(shí)的放熱強(qiáng)度與沸騰

32、液體的物理性質(zhì)有關(guān) 如導(dǎo)熱系數(shù)、重度、比熱、粘度和蒸發(fā)潛熱等與換熱有關(guān)的物理性質(zhì)參數(shù)。 3制冷劑蒸發(fā)是的放熱強(qiáng)度與液體對加熱表面的潤濕能力有關(guān) 4制冷劑蒸發(fā)時(shí)的放熱強(qiáng)度與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān),（二）被冷卻液體或空氣側(cè)的放熱強(qiáng)度 在蒸發(fā)器傳熱壁的被冷卻介質(zhì)一側(cè)的放熱強(qiáng)度，主要取決于被冷卻的液體或空氣的流動(dòng)速度。放熱系數(shù)的值隨著流速的增大而增大。但是流速的增加會(huì)使設(shè)備中的流動(dòng)阻力損失加大。從而增加液泵或風(fēng)機(jī)的功率消耗，并使鹽水對設(shè)備的腐蝕加劇。蒸發(fā)器中鹽水的流速適宜在0.60.8m/s。,（三）傳熱面的污臟程度 傳熱面如被油、污垢覆蓋后，造成很大的熱阻。如油膜厚度0.1mm時(shí)產(chǎn)生的熱阻相當(dāng)于3

33、3mm厚的鋼壁的熱阻。此外，由于油膜的存在還能妨礙制冷劑液體潤濕傳熱表面的能力，促使傳熱表面上形成氣膜，從而嚴(yán)重地降低了傳熱效率。 在鹽水冷卻器中，鹽水能腐蝕管子，長期使用后在鹽水側(cè)的表面會(huì)發(fā)生鐵銹。這也會(huì)造成很大的熱阻。因此在鹽水管路系統(tǒng)中，應(yīng)盡可能采用閉式循環(huán)，以減少鹽水和空氣的接觸，從而減輕鹽水對管子的腐蝕。另外還可采用添加防腐劑等保護(hù)措施。,二冷凝器中的傳熱過程的影響因素,1制冷劑的凝結(jié)放熱 （1）膜狀凝結(jié) 當(dāng)冷凝液體能夠很好地潤濕壁面時(shí)，則蒸氣在冷壁面上凝結(jié)成一層液體薄膜，并在重力作用下向下流動(dòng)。蒸氣凝結(jié)時(shí)放出的熱量必須通過這層液膜才能傳到冷表面上去。 （2）珠狀凝結(jié) 當(dāng)冷凝液不能潤

34、濕壁面時(shí)，則蒸氣凝結(jié)成的液體在壁面上不能形成液膜，而形成個(gè)別的小液珠，這些小液珠逐漸發(fā)展增大，直至沿壁面滾下。這種凝結(jié)現(xiàn)象稱為“珠狀凝結(jié)”。 由于珠狀凝結(jié)時(shí)，蒸氣可直接與壁面接觸，因此在相同條件下（溫差：即冷凝溫度與壁面溫度之差），珠狀凝結(jié)放熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)大10倍左右。 在冷凝器中，實(shí)際上是兩種凝結(jié)方式都會(huì)出現(xiàn)，但主要是膜狀凝結(jié)。機(jī)器剛開始運(yùn)行時(shí)是珠狀凝結(jié)，隨后即為膜狀凝結(jié)。所以珠狀凝結(jié)出現(xiàn)是短暫的。因此工業(yè)設(shè)備中設(shè)計(jì)計(jì)算凝結(jié)放熱時(shí)，是按膜狀凝結(jié)來考慮的。,2. 影響制冷劑蒸氣凝結(jié)放熱的因素,冷壁面越高，液膜的平均厚度越厚，其平均放熱系數(shù)越小。 當(dāng)冷凝溫差增大時(shí)，凝結(jié)液量增多，膜層加厚，放熱

35、系數(shù)變小。 冷凝液的重度越大，向下流動(dòng)的力越大，液膜就薄，放熱系數(shù)就大。 如果蒸氣流動(dòng)方向和膜層流動(dòng)一致時(shí)，由于摩擦的結(jié)果，將使膜層的流速增大，膜層的厚度減小，放熱系數(shù)增加。 如果蒸氣流動(dòng)流速不大，且流動(dòng)方向和膜層流動(dòng)的方向相反，則膜層的流動(dòng)要受到阻礙，使膜層的厚度增加，放熱系數(shù)減??；但如果蒸氣流速很大，以致能把液膜吹破時(shí)，放熱系數(shù)就升高。 如果傳熱表面粗糙不平，則凝結(jié)的液膜流動(dòng)阻力增加，冷凝的液體不能很快地向下流，從而是液膜的厚度加厚，放熱系數(shù)相應(yīng)降低。 橫放單根管上的冷凝放熱系數(shù)大于直立管的放熱系數(shù)。 當(dāng)蒸氣中混有空氣或其它不凝性氣體時(shí)，則凝結(jié)時(shí)的放熱系數(shù)明顯地減小。 制冷劑中含油量對凝結(jié)

36、放熱的影響與有那在制冷劑中的溶解度有關(guān)。,5-5制冷機(jī)熱交換器的對數(shù)平均溫差、對數(shù)平均焓差及介質(zhì)換熱系數(shù),一對數(shù)平均溫差及對數(shù)平均焓差,1. 對數(shù)平均溫差,式中tmax為換熱器兩端冷、熱流體間溫差的最大值；tmin是最小值。 當(dāng),時(shí)，可用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。即,對數(shù)平均溫差的推導(dǎo)條件： 1）冷、熱流體的熱容量在整個(gè)換熱面上均為常量； 2）傳熱系數(shù)K在整個(gè)傳熱面上不變； 3）換熱器無散熱損失； 4）沿?fù)Q熱面軸向的導(dǎo)熱量可以忽略不計(jì)； 5）在換熱器中，任何一種流體都不能既有相變又有單相介質(zhì)換熱。,2. 對數(shù)平均焓差 在冷卻空氣的干式蒸發(fā)器和蒸發(fā)式冷凝器中，空氣既有單相換熱，且因空氣中的水

37、分在變化，所以也具有相變換熱。不符合導(dǎo)出對數(shù)平均溫差時(shí)的條件，計(jì)算時(shí)用以下兩種方法予以考慮： 1) 計(jì)算公式仍為 但在計(jì)算傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮水分相變產(chǎn)生的熱傳遞。例如在冷風(fēng)機(jī)中，將析濕系數(shù)引入傳熱系數(shù)K中，以考慮水蒸汽凝結(jié)時(shí)潛熱傳遞的影響。,2) 引入對數(shù)平均焓差的概念,式中h和h的意義見圖9-44。 單位時(shí)間傳遞的熱量Q為 式中Khm稱為平均的能量系數(shù)，單位是（kg/sm2）；F是傳熱面積。,二制冷劑冷凝和沸騰時(shí)的換熱系數(shù),（一）蒸氣冷凝時(shí)的放熱系數(shù) 在制冷機(jī)的冷凝器中，蒸氣冷凝時(shí)都是“膜層”冷凝，因此用努謝爾特（Nusselt）公式計(jì)算蒸氣冷凝時(shí)的放熱系數(shù)。 1. 制冷劑在光管外表面凝結(jié)的

38、換熱系數(shù),式中：c，c-系數(shù) 對于垂直面呈波形流動(dòng)時(shí)，c=1.13，c=1.18； 對于水平單管，c=0.725，c=0.65； l-特性尺度 對于垂直面取高度H；對于水平單管取外徑d0，m； t-冷凝溫度與壁面溫度之差，； q-熱流密度，W/m2； -物性參數(shù)，等于 。，和等參數(shù)取冷凝液膜溫度下的數(shù)據(jù)。由于冷凝時(shí)冷凝液膜溫度與冷凝溫度十分接近，所以可以取冷凝溫度下的數(shù)據(jù)； -冷凝液的導(dǎo)熱率，； -冷凝液的密度，kg/m3； -潛熱，J/kg； -冷凝液的動(dòng)力粘度，Ns/m2； g-重力加速度，m/s2。,可改寫為,b的數(shù)值見表5-2。 表5-2 b與冷凝溫度tk的關(guān)系,2. 制冷劑在水平管束

39、外表面冷凝時(shí)的平均換熱系數(shù),式中nm為水平管束在垂直方向的平均管排數(shù)。 管束在垂直方向有Z列，每列的管子數(shù)分別為n1，n2，和nz。,對于水平低肋管，其外表面的冷凝換熱系數(shù)為 式中：d0-基管外徑，m； He-肋片管的當(dāng)量高度，m； df-肋片外徑，m； Ah，Ap，和Aof-分別表示1m長肋管的垂直部分表面積，水平部分表面積和肋的總外表面積，m2。 f-肋片效率；,式中為肋片厚度，為肋片材料的導(dǎo)熱率。低肋片管的f約在0.70.8之間，低螺紋紫銅管的f等于1。,3. 制冷劑在水平管內(nèi)冷凝時(shí)的換熱系數(shù),對于氟里昂制冷劑，管內(nèi)冷凝時(shí)換熱系數(shù)的計(jì)算式為 或 公式的適用于 時(shí)。Re按進(jìn)口蒸氣狀態(tài)計(jì)算。

40、,對于R717，管內(nèi)冷凝時(shí)的計(jì)算公式為 或 當(dāng)制冷劑在水平蛇形管內(nèi)冷凝時(shí)，上述四個(gè)公式乘以系數(shù),二制冷劑沸騰時(shí)的換熱系數(shù),由傳熱學(xué)知：液體沸騰時(shí)，首先在傳熱面處發(fā)生氣化，形成氣泡，然后氣泡不斷脫離壁面上浮，造成強(qiáng)烈的氣泡運(yùn)動(dòng)。壁面越容易形成氣泡，氣泡越容易脫離壁面，沸騰就越強(qiáng)烈，其放熱系數(shù)越大。 所以放熱系數(shù)除與液體的物性、表面粗糙度、液體對傳熱面的潤濕能力等有關(guān)以外，還與熱流密度、蒸發(fā)壓力（相應(yīng)的蒸發(fā)溫度）等因素有關(guān)。 制冷劑沸騰時(shí)，其換熱系數(shù)隨熱流密度的增加而增加。,1制冷劑在水平管束外大空間內(nèi)沸騰時(shí)，沸騰換熱系數(shù)為,系數(shù)a和b與制冷劑種類及熱流密度有關(guān)。 當(dāng)熱流密度 時(shí)，R717：a=1

41、03，b=0.25 當(dāng)熱流密度 時(shí)，R717： ，b=0.7，為蒸發(fā)溫度,2制冷劑在管內(nèi)沸騰時(shí)，其換熱系數(shù)與物性，熱流密度，管內(nèi)液體的質(zhì)量流速及流向有關(guān)。 立管內(nèi)沸騰時(shí)換熱系數(shù)的計(jì)算式 對于R717， 式中： 是按內(nèi)表面積計(jì)算的熱流密度， 。 水平管內(nèi)沸騰時(shí)，放熱系數(shù)為 （5-40） （5-41） 式中： -質(zhì)量流速， ； -按管內(nèi)表面積計(jì)算的熱流密度， ； -管內(nèi)徑，m； -系數(shù)。,式中： -為制冷劑的分子量。 對于R22和R717，e=10.1 c定義為 式中：t0-蒸發(fā)溫度， tS-標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)， 公式（5-40）（5-41）的應(yīng)用條件是： 當(dāng) 時(shí)，用公式（5-40）；當(dāng) 時(shí)，用公式（5-4

42、1）。 是質(zhì)量臨界流速，,當(dāng) 時(shí)，也可用下式計(jì)算 （5-45） 式中： -制冷劑的質(zhì)量流速， ； c-系數(shù)，與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。對于R22，t0=30，c=1.64102； t0=10，c=2.02102； t0=+10，c=2.54102。,三無集態(tài)改變時(shí)的換熱系數(shù),在這種換熱過程中，傳熱介質(zhì)不發(fā)生集態(tài)改變。制冷機(jī)熱交換器設(shè)備中冷卻介質(zhì)（水或空氣）以及液體載冷劑的換熱均屬于這一類。過冷器（再冷卻器）及回?zé)崞髦兄评鋭┑姆艧徇^程也屬于這一類。 1. 管內(nèi)縱向流動(dòng) 制冷機(jī)管內(nèi)的流動(dòng)多數(shù)為紊流，層流很少。 對于紊流，廣泛采用的換熱系數(shù)計(jì)算式為：,（5-46）,式中：-流體的導(dǎo)熱率，； di-管子內(nèi)徑

43、，m； u-流體的流速，m/s； v-流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s； a-流體的導(dǎo)溫系數(shù)m2/s。 公式（5-46）的適用范圍是 以及 =0.72500。計(jì)算時(shí)取流體的平均溫度為定性溫度，管子內(nèi)徑di為特性尺度。如果管道截面不是圓形，特性尺度應(yīng)取其當(dāng)量直徑de，,式中：F-通道截面積，m2； S-通道的周界，m。 流體在螺旋管內(nèi)或螺旋形槽道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，換熱過程有所增加，其換熱系數(shù)可先按公式（5-46）計(jì)算，再乘以校正系數(shù) （5-48） 式中：di為管子的內(nèi)徑，R為螺旋管的曲率半徑。,2. 管外橫向流動(dòng)（強(qiáng)制流動(dòng)）,對于光管管束，流體的流動(dòng)方向與管子的中心線垂直，時(shí)，第三排管子以后的平均換熱系數(shù)可

44、以按下列準(zhǔn)則計(jì)算 空氣： 順排管束 （5-49） 錯(cuò)排管束 （5-50） 液體： 順排管束 （5-51） 錯(cuò)排管束 （5-52）,計(jì)算時(shí)取管子的外徑d0為特性尺度。 取流體的平均溫度為定性溫度。 確定 時(shí)，取通道最窄截面上的流速u。 第一排和第二排管子的換熱系數(shù)低于第三排以后管子的換熱系數(shù)。對于沿流動(dòng)方向有n排管子的管束，其平均換熱系數(shù)也可先按公式（5-49）、（5-50）、（5-51）或（5-52）計(jì)算，再乘以管排校正系數(shù) 。 的數(shù)值見下表。,表5-3 管排校正系數(shù),3. 管外縱向、橫向流動(dòng),流體在具有折流板的殼管式熱交換器外流動(dòng)就屬于這一情況。 當(dāng)筒體鏜削時(shí)，換熱系數(shù)為 （5-53） 當(dāng)筒

45、體不鏜削時(shí)，換熱系數(shù)的計(jì)算式為 （5-54） 計(jì)算時(shí)取管子的外徑d0為特性尺度；取流體的平均溫度為定性溫度； 按殼體中心線附近管子之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(jì)算；是流體的導(dǎo)熱率，單位是 。,四肋片管束外空氣橫向流動(dòng)時(shí)的換熱系數(shù),常用肋片：1）圓肋片；2）正方形肋片；3）六角形肋片。,1. 肋片管束用于蒸發(fā)器,（5-55） 式中：b-肋片間距，m； d0-肋片管外徑，m； h-肋片高度，m； u-空氣在管束最窄截面上的流速，m/s； -空氣的導(dǎo)熱率， 。 式（5-55）適用的范圍是 。 常數(shù)c及n的數(shù)值為： 順排：圓肋片 c=0.104， n=0.72 正方形肋片 c=0

46、.096， n=0.72 錯(cuò)排：圓肋片 c=0.223， n=0.65 正方形肋片 c=0.205， n=0.65 六角形肋片 c=0.205， n=0.65,對于錯(cuò)排的繞片管式蒸發(fā)器，換熱系數(shù)的計(jì)算式為 （5-56） 用公式（5-55）和（5-56）計(jì)算時(shí)，取管子的外徑為特性尺度；取空氣的平均溫度為定性溫度。,2.肋片管束用于冷凝器,1）對于圓芯管圓肋片管束 （5-57） 式中s為管中心距，h為肋片高度，為流動(dòng)方向管排校正系數(shù)。計(jì)算時(shí)取空氣的平均溫度為定性溫度，管子的外徑d0為特性尺度，按最窄截面上空氣的流速計(jì)算。當(dāng)空氣流速u=57m/s時(shí)，與管排數(shù)n的關(guān)系如表5-4。 公式（5-57）中的

47、常數(shù)c為：正方形順排 c=0.0896；三角形錯(cuò)排 c=0.1378。,表5-4 與管排數(shù)n 的關(guān)系,2)錯(cuò)排正方形肋片管束,空氣的流向如圖所示。 換熱系數(shù)的計(jì)算公式為,式中：u-最窄截面上空氣的流速，m/s； b-肋片間距，m； nf-每米長管子上的肋片數(shù)； A0-每米長管子無肋片部分的管子外表面積，m2； Af-每米長管上肋片的表面積，m2； v-空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s； -空氣的導(dǎo)熱率， 當(dāng)量直徑de為特性尺度，流體的平均溫度為定性溫度。符號(hào)s1、s2和s3的意義見上圖。,3）順排正方形肋片管束和錯(cuò)排六角形肋片管束,換熱系數(shù)用下式計(jì)算 （5-59） 式中：c-系數(shù)；對正方形肋片管束

48、，c=0.30；對六角形肋片管束，c=0.45 u-最窄截面上空氣的流速，m/s； b-肋片間距，m； nf-每米長管子上的肋片數(shù)； A0-每米長管子無肋片部分的管子外表面積，m2； Af-每米長管上肋片的表面積，m2； v-空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s； -空氣的導(dǎo)熱率，d0-管子外徑，m。,3肋片效率,1)等厚度圓肋片的肋片效率 （5-60） 式中：m-肋片參數(shù)； -圓肋片的校正系數(shù)； R0-肋片的根圓半徑，m。 肋片參數(shù)m為 （5-61） 式中：-析濕系數(shù)； -肋片厚度，m； -肋片的導(dǎo)熱率， 。,校正系數(shù)按下式計(jì)算 （5-62） 式中：df表示肋片外徑，d0表示管子外徑。,2)正方形肋

49、片和六角形肋片的效率 （5-63） 式中：m為肋片參數(shù)，用公式（5-61）計(jì)算。 校正系數(shù)的計(jì)算公式為 （5-64） 對正方形肋片： 對六角形肋片： 其中Bf表示正方形肋片或六角形肋片二對邊之間的距離，d0表示管子外徑，見圖9-45。,五絲管式冷凝器空氣側(cè)換熱,絲管式冷凝器的幾何尺寸如圖所示。,計(jì)算空氣側(cè)的自然對流換熱系數(shù) （5-65） 式中：f-空氣的導(dǎo)熱率， ； db-管外徑，m； sb-蛇形管上下相鄰管的中心距，m； dw-鋼絲外徑，m； sw-鋼絲節(jié)距，m； Prf-空氣的普朗特準(zhǔn)則數(shù)； Grf-空氣的葛拉曉夫準(zhǔn)則數(shù)； de-當(dāng)量直徑，m。,式中：g-重力加速度，g=9.81m/s2；

50、 -空氣的體積膨脹系數(shù)，1/ t-傳熱溫差，； v-空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s； de-當(dāng)量直徑，m。,式中：f-肋效率。 對冰箱用絲管式冷凝器，在常用結(jié)構(gòu)參數(shù)及溫度參數(shù)條件下，可取f=0.85。 公式（5-65）的定性溫度為壁面與空氣的平均溫度。 因絲管式冷凝器的自然對流換熱系數(shù)較小，所以換熱器壁面的輻射換熱不可忽略。輻射換熱量約占總換熱量的40%左右。,5-6冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算,一. 水冷冷凝器 1. 給定條件 制冷機(jī)的額定工況（包括蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）； 制冷量Q0； 冷凝器的額定負(fù)荷； 制冷劑的種類。 2. 水冷冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)主要參數(shù)的選擇 （1）冷凝器的結(jié)構(gòu)型式 冷凝器的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)

51、冷凝器的工作條件選擇。中、小型氨制冷機(jī)可采用立式或臥式殼管式冷凝器；中等容量的氟里昂制冷機(jī)，可采用臥式低螺紋管的殼管式冷凝器；小型氟里昂制冷機(jī)可采用套管式冷凝器。在冷卻水比較緊張的地區(qū)。可采用蒸發(fā)式冷凝器。,氨冷凝器的傳熱管用鋼管制成。直徑為25、32和38等直徑的鋼管；立式氨冷凝器采用直徑38和51的鋼管。壁厚=2.53.0mm。氟里昂冷凝器的傳熱管通常采用銅制的低螺紋管。其節(jié)距為1.341.60mm，肋高為1.31.5mm，肋化系數(shù)在34之間。 肋化系數(shù):換熱光管外側(cè)加肋片后，肋管外表面積與管內(nèi)面積的比值。,（2）冷卻水流速的選擇 冷卻水的流速增加，水側(cè)的換熱系數(shù)增加，但冷卻水在冷凝器中的

52、流動(dòng)阻力也增加，并且對管子的腐蝕加快。 流速的選擇一般按下表選取。 表5-5 冷凝器的設(shè)計(jì)水速，m/s,（3）冷卻水進(jìn)口溫度t2和冷卻水進(jìn)口溫度與冷凝溫度之差（tk-t2）的選擇 冷卻水進(jìn)口溫度t2應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料取最高溫季節(jié)的平均水溫。冷卻水進(jìn)口溫度與冷凝溫度之差一般選為（tk-t2）=810。 （4）冷卻水溫升的選擇 一般在臥式冷凝器中，?。╰2-t2）=35，在立式氨冷凝器中，取（t2-t2）=24。 （5）冷凝器中水垢和油垢的污垢熱阻 在冷凝器中污垢熱阻按表5-1查取，或用試驗(yàn)確定。,3. 冷卻水流動(dòng)阻力p 冷卻水在冷凝器內(nèi)的總流動(dòng)阻力用下式計(jì)算 （5-68） 式中：u-冷卻水在管內(nèi)

53、的流速，m/s； -冷卻水的密度，kg/m3； l-單根傳熱管長度，m； di-管子內(nèi)徑，m； N-流程數(shù)； -沿程阻力系數(shù)。 對于水， 上式的適用范圍是 。 管子外側(cè)制冷劑的流動(dòng)阻力一般不計(jì)。,二空氣冷卻冷凝器,1. 空氣冷卻冷凝器的選用與給定條件 空氣冷卻冷凝器主要用于中、小型氟里昂制冷機(jī)。 給定條件： 制冷機(jī)的額定工況（包括蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）； 制冷量Q0； 冷凝器的額定負(fù)荷； 制冷劑的種類。 2. 設(shè)計(jì)中的主要參數(shù)的選擇 （1）結(jié)構(gòu)型式 空氣冷卻冷凝器選用帶肋片的蛇形管冷凝器。冷凝器由36排蛇形管并聯(lián)組成，氟里昂蒸氣從上部的分配集管進(jìn)入蛇形管內(nèi)，凝結(jié)后的液體沿蛇形管流下，經(jīng)液體集管流

54、入儲(chǔ)液器中。 肋片管一般采用等邊三角形排列。肋片的片距約為23.5mm，肋高712mm，肋化系數(shù)13。,（2）空氣進(jìn)口溫度t2和溫差（t2-t2）的選擇 空氣進(jìn)口溫度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)馗邷丶竟?jié)的日平均氣溫計(jì)算?？諝庠诶淠鲀?nèi)的溫升一般取10左右。 （3）管子列數(shù)的選擇 在空氣冷卻冷凝器中，進(jìn)口處空氣與制冷劑的溫差約為1315，出口處的溫差約為35?？紤]到空氣流經(jīng)管束時(shí)溫度不斷升高，對于后面幾排管子而言，出口處的溫差將更小，因此管子的排數(shù)不宜過多，一般取36排。 （4）迎面風(fēng)速的選擇 通常迎面風(fēng)速在35m/s之間。,3. 空氣流動(dòng)阻力,空氣在管外的流動(dòng)阻力與管束的排列方式、肋片型式及氣體的流動(dòng)情況有關(guān)。

55、空氣流經(jīng)順排平板肋片管冷凝器進(jìn)行換熱時(shí)，流動(dòng)阻力按下式計(jì)算 （5-69） 式中：-空氣密度，kg/m3； l-單根肋管的長度，m； de-當(dāng)量直徑，m； u-空氣在最窄截面上的流速，m/s。 s1為管子中心距，b為肋片間距，h為肋片高度，為肋片厚度，d0是肋管外徑。,對于錯(cuò)排平板肋片管束，流動(dòng)阻力按下式計(jì)算 （5-70） 4. 風(fēng)機(jī)所需的功率 風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓頭，除克服熱交換器的阻力p以外，還要克服外部風(fēng)道的阻力pt，因此所需的功率為 （5-71） 式中P為風(fēng)機(jī)功率，是風(fēng)機(jī)效率，qma是空氣的質(zhì)量流量，是空氣的密度。,5-7蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算,一滿液式蒸發(fā)器 1. 滿液式蒸發(fā)器的選用與給定條件 滿液式蒸發(fā)器可用于封閉式鹽水或水循環(huán)中。 設(shè)計(jì)滿液式蒸發(fā)器時(shí)，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，并按給定的條件確定蒸發(fā)器的傳熱面積和結(jié)構(gòu)。 2. 設(shè)計(jì)滿液式蒸發(fā)器時(shí)，主要參數(shù)的選擇 （1）結(jié)構(gòu)型式 滿液式蒸發(fā)器的總體結(jié)構(gòu)及液體載冷劑在管內(nèi)的流動(dòng)方式與氨臥式冷凝器相似，不同的是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。,分離液滴的方法：小型蒸發(fā)器在殼體上部焊接一個(gè)氣包； 大型蒸發(fā)器在上部留出一定的分離空間或裝有分離擋板等分離裝置。 為防止制冷劑蒸發(fā)時(shí)將液滴帶出，在蒸發(fā)器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有13排管子露在液面以上。 氨蒸發(fā)器中一般采用鋼管，