1第九章蒸发器与冷凝器

冷凝器与蒸发器淄博职业学院电子电气工程系冷凝器与蒸发器 9.1冷凝器的传热分析 9.1.1传热基本方式 换热设备的工作原理是热流体和冷流体同时在换热器传热面两侧流动，热量通过壁面从热流体传给冷流体 传热有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射冷凝器与蒸发器 热传导 是指静止物体（如气体、液体、固体），由于分子、原子、电子的运动，使热量从物体内由高温处向低温处的传递。 例如冷凝器与蒸发器 热对流或称对流传热 是指气、液流体流动引起的热量传递，又分为强制对流和自然对流两种 冷凝器与蒸发器 热辐射 是指物体发出辐射能，通过电磁波产生能量传递。当温度较高时才能发生 制冷换热设备的传热情况，往往是热传导、热对流、热辐射两种或三种传热方式组合作用的结果冷凝器与蒸发器 9.1.2总传热系数与基本传热方程 工程上，为了简化计算，通常把以上复杂的热传递过程用一个总传热系数来表示，当传热面为圆管形状时，常常以外传热表面为基准面 总传热系数的计算公式冷凝器与蒸发器 选定冷凝器后，提高冷凝器单位面积换热量，提高内外流体的传热温差，提高传热系数。 传热系数：反映传热效果强弱的指标。流体的物理性质，流动情况，传热表面特性，冷凝器形式等。 换热设备的基本传热公式冷凝器与蒸发器 9.1.3影响制冷剂侧蒸汽凝结放热的因素 R蒸汽的流速和流向： 膜状凝结；珠状凝集 流向影响膜的厚度：同向；反向 反向时取决于流速：小-厚；大-膜脱离K增大 壁面粗糙度的影响冷凝器与蒸发器 制冷剂蒸汽含油时对凝结放热的影响 0.1mm的油膜——33mm钢板 氨系统；氟利昂系统 设置高效油分离器 制冷剂蒸汽中含有不凝性气体的影响 R蒸气分压力降低 冷凝器结构形式的影响 竖——横凝结液膜分离问题；增加长径比冷凝器与蒸发器 9.1.4影响冷却介质侧放热的因素 种类：水；空气 流速：大—K大；水为0.8～1.5m/s,空气为2～4m/s 流动途径：管内，管外，自由空间 流动方式：自然对流，强制对流 清洗冷凝器与蒸发器 9.2.冷凝器种类、结构、工作原理 冷凝器是一个使制冷剂向外放热的换热器。压缩机的排气（或经油分离器后）进入冷凝器后，将热量传递给周围介质——水或空气，制冷剂蒸气冷却凝结为液体。 按冷却介质和冷却方式：水冷却式；空气冷却式；蒸发式 9.2.1水冷却式(水冷式) 种类：卧式壳管式，立式，套管式 蒸发器与冷凝器1.立式壳管式冷凝器冷凝器与蒸发器 结构组成：筒体，管簇，管板，分水环（导流管头） 工作原理：水进入冷凝器——吸热——水池——冷却水塔，R蒸气——r凝结——贮液器，放空气，放油， 优缺点：K高，冷却冷凝能力大，安置室外占地面积小，对水质要求不高；用水量大，水泵功耗大，笨重，R泄露不易发现，易结水垢。 适用场所：水量充足的地区的大中型氨制冷系统 冷凝器与蒸发器2.卧式壳管式冷凝器种类1-出口2-端盖3-垫片4-管板5-放空气阀接头6-气态制冷剂进口7-挡气板8-管架10-安全阀接头11-水室放气旋塞12-水室放水旋塞13-泄放阀接头14-冷却管15-液态制冷剂出口16-水入口冷凝器与蒸发器(1)安全阀：冷剂压力过高打开，通过管路将冷剂泄往舷外。冷凝器与蒸发器(2)放空气阀：装在壳体最高处，泄放不凝性气体。注意：应在压缩机停车时进行放气。冷凝器与蒸发器(3)水室放气旋塞：装在端盖最高处，泄放水侧空气。冷凝器与蒸发器(3)水室泄水旋塞：装在端盖最低处，检修或长期停用时泄放存水。冷凝器与蒸发器冷凝器与蒸发器 卧式壳管式冷凝器种类 （1）氨用 4～10个水程；淡水流速0.8～1.2m/s,海水0.7m/s，技术数据 （2）氟利昂用 薄壁低肋片铜管（螺纹管），提高放热系数高，技术数据 冷凝器与蒸发器 卧式壳管式冷凝器优缺点 传热系数高，冷却水用了少（立式一半），高度低，结构紧凑便于机组化，运行可靠操作方便 水质要求高，水温要低，清洗麻烦，造价高 用于船舶、室内、操作空间狭窄，水源丰富和水质好的地区 冷凝器与蒸发器 常用制冷换热设备传热参数表8-1常用制冷换热设备总传热系数K的大致范围表8-2制冷装置中常用材料的导热系数λ 换热器名称及型式 传热系数/K/［W/(㎡·K)］ 相　应　条　件 卧式冷凝器(氨) 810～1050 传热温差4～6℃，单位面积冷却水用量0.5～0.9m3/(㎡·h) 卧式冷凝器(氟利昂) 930～1169 传热温差,7～9℃，低肋管，肋化系数≥3.5，水速1.5～2.5m/s 材料 λ/W/（m·℃） 材料 λ/W/（m·℃） 铜铝钢新霜旧霜 383．79227．9552．340.1180．55 玻璃水玻璃丝棉发泡塑料空气 1.09320．5990．034890.046520．0244冷凝器与蒸发器表8-3常用的制冷和空调装置中对流传热系数α表8-4常用制冷装置污垢热阻值 流体的种类和状态 α/W/（m2·℃） 流体的种类和状态 α/W/（m2·℃） 静止气体流动气体静止液体 4～2010～50070～300 流动液体冷凝面R12蒸发面R12 200～100016001700 流体名称 壁面污垢热阻/（㎡·℃/W） 流体名称 壁面污垢热阻/（㎡·℃/W） 河水，流速1m/s以下流速1m/s以上硬水，流速1m/s以下流速1m/s以上 5.1590×10-43.4394×10-45.1950×10-45.1590×10-4 有机化合物空气溶剂蒸汽盐水 0.8598×10-43.4394×10-41.7194×10-41.7197×10-4蒸发器与冷凝器 3.套管式冷凝器蒸发器与冷凝器冷凝器与蒸发器顺流和逆流时流体温度的变化a）顺流　　　　b）逆流冷凝器与蒸发器4.板式冷凝器冷凝器与蒸发器空气冷却式冷凝器 9.2.2空气冷却式冷凝器冷凝器与蒸发器 铜管Ф10——Ф16 两侧放热系数差大，加翅片 翅片:0.2-0.6mm铜、铝片，间距2-4mm R上进下出，风吹翅片 技术数据：Δtm=10-15℃;Ώ=1.5-2.5m/s 影响因素：周围空气温度 使用场所：少水，无法供水；高温低压R 冷凝器与蒸发器冷凝器与蒸发器9.2.3蒸发冷却式冷凝器结构组成：箱体，冷却管组，给水设备，挡风板，通风机等类型：吹风式；吸风式冷凝器与蒸发器9.2.3蒸发冷却式冷凝器优点是：（1）用水量少；水冷的理论1%—实际5-10%（2）结构紧凑，可安装在屋顶上，节省占地面积。蒸发式冷却冷凝器的耗水量少，特别适合用于缺水和气候干燥的地区特别适用于缺水地区，通常安装在制冷机房的屋顶上。缺点是：冷却水不断循环使用，水垢层增长较快，需要使用经过软化处理的水。蒸发器与冷凝器淋水式冷凝器冷凝器与蒸发器淋水式冷凝器冷凝器与蒸发器9.2.3蒸发冷却式冷凝器淋水式冷凝器的主要优点为1、结构简单，制造方便；2、漏氨时容易发现，维修方便；3、清洗方便4、对水质要求低。淋水式冷凝器主要缺点是：1、传热系数低；2、金属消耗量高；3、占地面积大。淋水式冷凝器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。----复制自冷凝器与蒸发器蒸发器与冷凝器思考题1.什么叫顺流？什么叫逆流？2.影响总传热系数的因素有哪些？3.传热基本公式中各量的物理意义是什么？4.影响冷凝器传热的主要影响因素有那些？5.说明冷凝器的作用和分类？6.立式壳管式冷凝器上各管接头的作用是什么？7.说明蒸发器的作用和如何分类？8.比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？9.举例说明如何强化换热器的换热效率。10.影响蒸发器传热的主要影响因素有那些？板式换热器有什么突出的优点？11.举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施？蒸发器与冷凝器 9.3蒸发器的传热分析 蒸发器 影响蒸发器传热的主要因素 1.R特性的影响。泡状沸腾；导热系数、粘度、密度、表面张力、汽化潜热等 2.R液体的润湿能力 3.换热面积状况的影响。控制润滑油进入蒸发器 4.蒸发器结构。蒸汽很快离开传热面并保持合理的液面高度 冷凝器与蒸发器蒸发器的种类壳管式蒸发器蒸发器的种类、构造和工作原理直管式蒸发器蒸发器与冷凝器 9.4蒸发器 9.4.1冷却液体载冷剂的蒸发器 一、壳管式蒸发器 满液式：氨用，F用蒸发器与冷凝器8.2.3卧式管壳式蒸发器1．满液式蒸发器优点是：（1）结构紧凑，占地面积小；（2）传热性能好；（3）制造和安装较方便；（4）用盐水作载冷剂，不易腐蚀和避免盐水浓度被空气中水分稀释蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器2．干式壳管式蒸发器蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器 干式壳管式蒸发器的优点： （1）充液量少，为管内容积的40%左右 （2）受制冷剂液体静压力的影响较少； （3）排油方便； （4）载冷剂结冰不会胀裂管子； （5）制冷剂液面容易控制； （6）结构紧凑。 干式壳管式蒸发器缺点： 制冷剂在换热管束内供液不易均匀， 弓形折流板制造与装配比较麻烦， 载冷剂在折流板孔和换热管间、折流板外周与筒体间容易产生泄漏旁流，从而降低传热效果蒸发器与冷凝器 立管式蒸发器 立管式蒸发器-沉浸式蒸发器 沉浸式蒸发器是由一组垂直布置的平行管组成的蒸发器，制冷剂在管内蒸发，整个组沉浸在盛满载冷剂的箱（池或槽）体内，载冷剂在搅拌器的推动下在箱内流动，以增热。 不能用挥发性液体作载冷剂蒸发器与冷凝器 当用水作为载冷剂时，可将水冷却到接近于0℃，适用于空调系统；当用盐水作为载冷剂时，可将水冷却到－10～－20℃，适用于盐水池制冰或食品的冷加工蒸发器与冷凝器 螺旋管式蒸发器是立管式蒸发器的一种改进型。用螺旋管代替光滑立管，其总体结构、制冷剂及载冷剂的流动情况与立管式蒸发器相似。适用于氨制冷系统中，冷却水或盐水。由于螺旋管的传热效果好，因此蒸发器结构紧凑，有逐渐代替立管式蒸发器的趋势。蒸发器与冷凝器 9.4.2冷却空气的蒸发器 1．自然对流式冷却空气的蒸发器 （1）冷却排管：又称为排管。冷却排管是蒸发器家族中最简单、实用的一种，也是最为成熟的一种； 根据其安装的位置分为有墙排管、顶排管、搁架式排管等多种形式； 从构造形式上可分为立式、卧式和盘管式等类型；蒸发器与冷凝器 9.4.2冷却空气的蒸发器 墙排管立管式墙排管无缝钢管Ф57×3.5，Ф38×2.2，2500～3500mm上下集管，立管（每组40根）优点：易于排氨蒸气缺点：氨容量大、80%；液柱静压力作用明显；易于集油用途：冻结物冷藏间，少用。蒸发器与冷凝器 盘管式墙排管 光滑盘管；翅片盘管 氨系统Ф38×2.2无缝钢管，8～20根，4～16m，管心距110～180mm。重力供液：每一供液回路不超过120m；氨泵供液：每一供液回路不超过350m；供液位置：上进下出；下进上出。（可）翅片结构：蒸发盘管：主要用于冷库绕片式盘管蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器 盘管式墙排管 氨系统优点：结构简单，节约管材；存氨量少（50%）；传热效果良好；缺点：管下段产生的蒸气不能及时引出，必须经过排管的全长后才能排出，故传热系数小，汽液二相流动阻力大。为此设计蛇管式排管时应限制单管的总管长，对于重力供液系统，每一供液回路的总长度不宜大于120m，对于氨泵供液系统则可达350m。氨蒸气须经过盘管的长度后才能排出，影响传热效果；加工复杂，易于生锈。 氟利昂系统Ф19～22铜管，Ф22～38无缝钢管，翅片：套片或绕片供液位置：上进下出。（油易排出）套片式盘管蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器 9.4.2冷却空气的蒸发器 冷却顶排管集管式顶排管分类：两层光滑顶排管；两层翅片顶排管；四层翅片管；等盘管式顶排管单根蛇形盘管：光管；翅片管蒸发器与冷凝器 9.4.2冷却空气的蒸发器 冷却顶排管优点：结构简单，便于现场制作，结霜较均匀。缺点：传热系数不高用途：冷库、冰库。 搁架式冷却排管氨用搁架式冷却排管氟用搁架式冷却排管 蒸发器与冷凝器 9.4.2冷却空气的蒸发器 冷风机（1）干式冷风机：类型：落地式；吊顶式。（安装的位置）结构：箱体，空气冷却排管，通风机及除霜装置组成，且冷风机内的冷却排管都是套片式的。 蒸发器与冷凝器 落地式冷风机  落地式冷风机主要由上、中、下三部分组成 下部是水盘，用来收集冷风机冲霜用水，并用以支承风机主体，同时又是空气的吸入口； 上部为排风的风帽，内装凤机，根据风量和风压要求去选用轴流式或离心式风机及其相应的台数，轴流式风机的风压一般比离心式风机的低，但风量大得多。在风帽和管簇之间装设淋水管，作为水冲霜之用。 中间部分是一个空气冷却排管(蒸发管组)，对于套片式冷风机来说，其冷却管簇为在D25×2.5mm的无缝钢管上，套有0.5mm的镀锌钢片或0.5mm铝片的套片管。 冷库用的落地式冷风机有三种：KLD型——用于冻结物冷藏间；KLL型—用于冷却物冷藏间；KLJ型—用于冻结间。蒸发器与冷凝器 吊顶式冷风机  吊顶式冷风机装在库房平顶之下，不占用库房面积。 根据吊顶式冷风机的送风形式，可分为单面送风和双面送风； 根据它的翅片形式，有绕片式和套片式。 氟利昂冷风机一般是单向吊顶套片式，冷却管一般用D10—20的紫铜管，其外套有0.2～0.3mm的薄铝肋片。为了使冷风机出口的制冷剂有一定的过热度，冷风机中制冷剂的走向与空气的流向一般采用错流。蒸发器与冷凝器 表面式空气冷却器  蒸发器与冷凝器 9.4.3接触式蒸发器 冷凝器与蒸发器蒸发器的种类壳管式蒸发器蒸发器的种类、构造和工作原理直管式蒸发器蒸发器与冷凝器 9.3.4传热过程的强化 1．增大传热面积 2．增大对数平均温度度差 3．增大总传热系数 4．降低污垢热阻值 5．降低管壁热阻蒸发器与冷凝器9.3.4传热过程的强化1．增大传热面积2．增大对数平均温度度差3．增大总传热系数4．降低污垢热阻值5．降低管壁热阻蒸发器与冷凝器9.3.4传热过程的强化 1．增大传热面积 2．增大对数平均温度度差 3．增大总传热系数 4．降低污垢热阻值 5．降低管壁热阻蒸发器与冷凝器2．强迫对流式冷却空气的蒸发器蒸发器与冷凝器8.2.4板式蒸发器蒸发器与冷凝器 板式换热器具有如下特点： 1）体积小，结构紧凑，比同样传热面积的壳管式换热器体积小60%； 2）总传热系数高，约为2000～3000W/（㎡·K）； 3）流速小，流动阻力损失小； 4）能适应流体间的小温差传热，可降低冷凝温度，提高制冷压缩机性能； 5）制冷剂充注量少； （6）质量轻，热损失小。冷凝器与蒸发器9.2热对流或称对流传热 是.指气、液流体流动引起的热量传递，又分为强制对流和自然对流两种