冷凝器傳熱知識

1、兩器傳熱的一些理論知識一、冷凝器的換熱1. 順流和逆流的影響 在一般性的換熱器流路設(shè)計中，在換熱器兩側(cè)，冷熱流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩冷熱流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小；逆流時，沿傳熱表面兩冷熱流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最??；當(dāng)兩種流體其中一相或兩相相變時，逆流與順流的平均溫差一致。2. 重力因素 冷凝器流路布置中，重力的影響不可忽略。因此，在回路中液體（或兩相流體）應(yīng)盡可能地從高處進入低處流出，以減少流動阻力。3.增大傳熱溫差的方法與作用 1 在冷凝

2、器流路布置中，為了提高t，增大換熱效果，應(yīng)該將熱源點即銅管溫度較高的部分布置在出風(fēng)處，銅管溫度較低的部分布置在進風(fēng)處。冷凝器換熱量Q 的提高，冷凝器的冷卻效果增加，實際上是降低了冷凝器的內(nèi)部高壓，降低了制冷循環(huán)在壓焓圖中的位置，循環(huán)低壓降低使蒸發(fā)溫度的降低可增加蒸發(fā)器的冷量。由于毛細(xì)管的阻尼作用可以認(rèn)為是不變的，使由高低壓差驅(qū)動的冷媒循環(huán)量略有減少，低壓略有降低，最終使制冷循環(huán)的高低壓較接近，制冷循環(huán)的能效比增加較明顯。流程布置會改變傳熱溫差的分布, 從而對換熱器性能有較大的影響。4. 增大傳熱溫差的方法與作用 2 在空調(diào)冷凝器的換熱過程中，由于銅管內(nèi)流動的冷媒從過熱、兩相冷卻到過冷，因此冷媒

3、沿程有較大的溫度變化。在過熱區(qū)和過冷區(qū)溫度基本呈斜直線規(guī)律下降，兩相區(qū)的溫度基本保持不變，但實際上稍有下降，這是因為沿程有阻力損失，所以對應(yīng)的飽和溫度會稍有降低。通過上述傳熱單元的換熱分析，我們可以人為地對冷媒三種狀態(tài)的溫度變化加以利用。冷媒的過熱段溫度較高，且有較大的溫度降低，根據(jù)風(fēng)的流向，將其置于兩相段或過冷段之后作為逆流換熱的高溫端，讓風(fēng)先在冷卻冷媒兩相段或過冷段之后再冷卻過熱段，過熱段的高溫也能被風(fēng)有效冷卻。冷媒的兩相段，基本屬于等溫段，將其置于過冷段之后作為逆流換熱的高溫端，風(fēng)在冷卻過冷段后再冷卻兩相段，提高兩相段的換熱量，并讓冷媒盡快進入過冷狀態(tài)，并提高冷媒的過冷度。冷媒的過冷段，

4、溫度只比環(huán)境溫度高，將其放于過熱段或兩相段的前排作為逆流換熱的低溫端，讓風(fēng)最先與之換熱，以充分接受環(huán)境溫度的冷卻，過冷度也得到提高。相對于風(fēng)流動的方向，冷凝器流路的布置使翅片出風(fēng)側(cè)的溫度盡量提高，翅片進風(fēng)側(cè)的溫度盡量降低。這樣，冷媒過熱區(qū)即管路高溫的部分布置在出風(fēng)側(cè)；冷媒過冷區(qū)管路即低溫的部分布置在進風(fēng)側(cè)；冷媒兩相區(qū)的管路部分，布置在過熱段的前面或過冷段的后面，也能做到逆流換熱。 通過逆流換熱理論分析，要提高冷凝器的換熱效果必須采用逆流換熱流路設(shè)計； 逆流換熱流路設(shè)計就是提高翅片出風(fēng)側(cè)溫度及降低翅片進風(fēng)側(cè)溫度； 兩排或以上冷凝器的逆流換熱流路設(shè)計就是，過熱段、兩相段、過冷段合理布置；5. 進口

5、壓力和溫度、出口過冷度 在翅片管冷凝器運行時, 進口壓力和溫度是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù), 它會影響壓縮機的功率, 而且也反映了冷凝溫度, 同時, 冷凝器的出口過冷度也是一個重要參數(shù), 會影響系統(tǒng)的制冷量；而且足夠的過冷度更是制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。6. 冷凝器隨支路數(shù)變化的特性分析 支路數(shù)對冷凝器的換熱量影響顯著。影響換熱量的因素主要有換熱溫差、總傳熱系數(shù)以及制冷劑流量。隨著支路數(shù)的增加, 制冷劑側(cè)壓降減小, 減小了制冷劑進出口溫差, 使換熱器表面溫度分布比較均勻。對于不同支路的每根管, 換熱溫差分布比較平緩； 2 個支路時換熱溫差最大, 6 個支路時換熱溫差最小, 其中最大值比最小值大了約8

6、%, 而隨著支路數(shù)的增加, 冷凝器的制冷劑總流量降低, 則某個支路內(nèi)的流量差別更為顯著, 2 個支路時每個支路的流量為884kg/ h,而6 個支路時每個支路的流量為203kg/ h, 制冷劑流量的顯著減小, 引起管內(nèi)表面換熱系數(shù)的減小,最終引起總傳熱系數(shù)的減小,所示, 因此, 冷凝器的換熱量隨著支路數(shù)的增加而對于同一個支路中, 制冷劑由過熱區(qū)過渡到兩相區(qū), 在過熱區(qū), 管內(nèi)制冷劑的冷凝換熱系數(shù)比較小, 而兩相區(qū)由于受制冷劑干度的影響, 換熱系數(shù)逐漸減小, 因此, 管內(nèi)的冷凝換熱系數(shù)遵循先增加后減小的規(guī)律。過熱區(qū)換熱系數(shù)的減小導(dǎo)致制冷劑溫度的快速下降。 7.冷凝器隨管排數(shù)變化的特性分析 對于相

7、同支路，相同的翅片管尺寸, 以及相同的空氣進口狀態(tài)以及風(fēng)量, 僅考慮管排數(shù)的變化。圖9 所示換熱量隨著排數(shù)的增加而增加。其中, 制冷劑流量與換熱量的變化基本一致。圖10 表明壓降隨著排數(shù)的增加而增大, 1 排時的最大壓降為最小值4 排時的最小壓降的4.3 倍。空氣側(cè)表面換熱系數(shù)隨管排數(shù)的增加而遞減, 其中, 峰值為1 排時的127.6, 最小值為85.8, 其中, 2排時的空氣側(cè)換熱系數(shù)比1 排時的減小了11.8%,3 排時的比2 排時的減小了12.4% , 4 排時的比3排時的減小了12.9%, 基本上呈單調(diào)遞減趨勢。管排數(shù)對冷凝器的換熱量產(chǎn)生了顯著的影響。如表2 所示, 當(dāng)為2 排管時,

8、其中第1 排( 迎風(fēng)管排) 的換熱量比第2 排的大了約329% 。當(dāng)冷凝器是3 排管時, 其中第1 排管的換熱量比第2 排的大了38.9%, 比第3 排的大了66.1% 。由此可知, 在冷凝器換熱時, 迎風(fēng)管排的換熱占主要部分, 約占總換熱量的43.1%, 第2 排管占總換熱量的31% ,第3 排管占總換熱量的26% 。排數(shù)變化對制冷劑流量有顯著的影響。隨著排數(shù)的增加, 制冷劑流量增加。最小值為1 排時的64.9kg/ h, 最大值為4 排時的160.7kg/h, 其中, 2 排時的制冷劑流量比1 排時的增加了61.5%, 3 排時的制冷劑流量比2 排時的增加了33.5%, 而4 排時的制冷劑

9、流量比3 排時的增大了14.9%。從此可知, 制冷劑流量隨排數(shù)變化的斜率不同, 排數(shù)較小時, 斜率較大, 隨著排數(shù)的增加,斜率逐漸平緩。由于制冷劑流量的變化, 引起管內(nèi)制冷劑側(cè)表面換熱系數(shù)的變化。隨著排數(shù)的增加, 制冷劑流量逐漸增加, 從而管內(nèi)流速增大, 使得制冷劑側(cè)表面換熱系數(shù)增大。再者, 由于空氣側(cè)表面換熱系數(shù)隨著管排數(shù)的增加而遞減, 抵消了一部分管內(nèi)制冷劑側(cè)換熱系數(shù)的影響, 因此, 排數(shù)對換熱器的總傳熱系數(shù)影響不是很大。如圖11 所示。換熱器的傳熱系數(shù)斜率較為平緩, 在兩相區(qū), 基本上是在3050 之間變化。排數(shù)對冷凝器的傳熱溫差影響顯著。如圖12所示: 對于2 排管, 第1 排的平均溫

10、差比第2 排的大了27.3% 。對于3 排管, 第1 排的平均溫差比第2 排大了約28.1%, 比第3 排大了約466% 。因此在冷凝器的換熱過程中, 傳熱溫差是導(dǎo)致?lián)Q熱量變化的主導(dǎo)因素。 結(jié)論( 1) 隨著支路數(shù)的增加, 翅片管冷凝器的壓降最大值為2 個支路時的33.8kPa, 最小值為6 個支路時, 僅為0.9kPa, 壓降的減小, 減小了制冷劑進出口溫差, 使冷凝器傳熱溫差分布比較均勻, 由于制冷劑流量隨著支路數(shù)的增大而顯著減小, 導(dǎo)致管內(nèi)制冷劑側(cè)換熱系數(shù)的減小, 從而引起總傳熱系數(shù)的減小,因此, 冷凝器的換熱量隨著支路數(shù)的增加而減小, 最大值為2 個支路時的7.82kW, 最小值為6

11、個支路時的5.92kW, 最大值比最小值大32.1%。(2) 隨著管排數(shù)的增加, 壓降增大, 4 排管的壓降是1 排管的4.3 倍; 空氣側(cè)表面換熱系數(shù)與制冷劑側(cè)換熱系數(shù)的變化趨勢相反, 因此冷凝器的總傳熱系數(shù)變化比較平緩。隨著排數(shù)的增加, 制冷劑質(zhì)量流量與冷凝器的傳熱溫差均增大, 因此, 冷凝器的換熱量隨著管排數(shù)的增加而增大, 4 排管的換熱量是1 排管的2.45 倍。8. 翅片管在不同風(fēng)速、風(fēng)溫下的翅片管換熱 1) 在吹風(fēng)溫度一定時, 翅片面的傳熱系數(shù)、壁面熱流密度會隨著風(fēng)速增大而增大, 基本為線性關(guān)系, 且兩者增長的比例一致, 風(fēng)速增大1 m/ s,熱流密度增大約40 W/ m2 。據(jù)此

12、可以估算吸收器散熱需要的吹風(fēng)速度, 進而確定風(fēng)機的型號。2) 當(dāng)風(fēng)速增大時, 壁面的阻力系數(shù)也還會明顯增長, 在實際應(yīng)用時會將單管式的做成管束式,其間距要更加注重, 因為它會以相反地作用影響著換熱和阻力性能, 兩者應(yīng)權(quán)衡利弊。3) 在風(fēng)洞進口溫度一定時, 翅片面的傳熱系數(shù)、壁面熱流密度會隨著風(fēng)溫增大而減小, 且于風(fēng)速對兩者的影響正好相反, 這與事實情況相符。9. 空調(diào)用冷凝器中的空氣流動與傳熱分析 (1) 由圖5 .1 0 可見, 在相同的翅片間距下, 迎風(fēng)風(fēng)速越大, 換熱也好, 表現(xiàn)在表面換熱系數(shù)的提高和總換熱量的增加,因為在同樣的翅片間距下, 風(fēng)速越大, 風(fēng)量也越大, 翅片表面空氣流速增加

13、, 表面換熱系數(shù)增大, 所以換熱量增大,但是風(fēng)速越大, 冷凝器上的風(fēng)阻也越大, 即需要消耗更多的風(fēng)機功率, 對風(fēng)機性能的要求大大增加。(2)由圖6 .9 可見, 在相同的迎風(fēng)風(fēng)速情況下,翅片間距越大, 換熱量越小。因為, 隨著翅片間距的增大, 單位長度上翅片數(shù)目減少, 雖然每一片翅片上的散熱量是增加了, 但是增加的幅度小于由于翅片間來講換熱量降低。但是還應(yīng)當(dāng)注意到, 翅片間距增大后, 在相同的風(fēng)壓下, 即在相同的風(fēng)扇運行工況下,隨著翅片間距的增大, 空氣流過翅片時的阻力減小,風(fēng)量逐漸增大, 迎風(fēng)側(cè)的負(fù)熱系數(shù)先逐漸增大然后有少量下降, 最大值出現(xiàn)在1.8和2.0之間;背風(fēng)側(cè)的換熱系數(shù)一直呈現(xiàn)增大

14、的趨勢。所以, 背風(fēng)側(cè)的換熱量是逐漸增大的, 但是有逐漸平緩的趨勢, 而且背風(fēng)側(cè)的換熱量在總換熱量中所占的比例逐漸增大(1.4m m 時占8.2 % ,2.2時占24.5 % )。由此可以看出, 適當(dāng)增大翅片間距對于換熱是有好處的,但是有一個最佳間距值。(3)由圖7 .8 可見, 在相同的翅片間距下, 當(dāng)迎風(fēng)速相同時, 隨著翅片寬度的增加, 散熱面積增大,換熱量會略有增加, 但是翅片表面平均換熱系數(shù)下降, 平均單位面積上的傳熱量下降因此, 換熱量增加的幅度小于面積增加的幅度。在1.5m/s 風(fēng)速,1.7mm的翅片間距, 當(dāng)翅片寬度由19mm增加到24mm時, 翅片表面積增加了26 % , 冷凝

15、器上總換熱量由6064 w 增加到6 152 W , 換熱量只增加了1. 45 %.(4) 由圖2 1、2 2 可見, 在相同的翅片間距下, 當(dāng)迎風(fēng)風(fēng)壓相同時, 隨著翅片寬度的增加, 換熱量逐漸降低。原因是翅片寬度增加, 流動阻力增大, 風(fēng)量減小, 雖然換熱面積增大, 但是迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的換熱系數(shù)均明顯下降, 所以總換熱能力下降。(5) 由圖11 、1 2 可見, 對雙排冷凝器而言, 迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的換熱能力相差很大, 特別是在低風(fēng)速的情況下表現(xiàn)尤為明顯, 以翅片間距1.7m m 為例, 風(fēng)速0.5m /s 時迎風(fēng)側(cè)換熱量占總換熱量的96.3 % , 風(fēng)速3.0 m /s 時迎風(fēng)側(cè)的換熱量占總

16、換熱量的69.2 % 。原因是, 當(dāng)風(fēng)吹向迎風(fēng)側(cè)時, 平均溫度與迎風(fēng)側(cè)管壁和翅片溫度相差較大, 進風(fēng)溫度為308 K ,0.5m/s 時,迎風(fēng)側(cè)翅片平均溫度為3 16.8 K , 迎風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度為3 18.6 K , 背風(fēng)側(cè)翅片平均溫度為3 18.9 K , 背風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度為318.95 K , 迎風(fēng)側(cè)傳熱溫差為8.8 K , 背風(fēng)側(cè)傳熱溫差只有0.3K ;風(fēng)速3.0m/s時迎風(fēng)側(cè)翅片平均溫度為31 3.0K , 迎風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度為31 4.4K , 背風(fēng)側(cè)翅片平均溫度為 31 6.5K , 背風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度為3 17.0 5K , 迎風(fēng)側(cè)傳熱溫差為5.0 K , 背風(fēng)側(cè)傳熱溫差為2.1 K 。所

17、以, 由于溫差的減小從而引起換熱量的下降,如此不均勻的換熱導(dǎo)致了整體換熱能力的下降。解決方法有幾種, 一是提高背風(fēng)側(cè)的管壁和翅片溫度,以提高傳熱溫差, 但是迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)溫度相差太大, 可能引起結(jié)構(gòu)方面的問題;二是提高風(fēng)速或增大風(fēng)量, 以提高背風(fēng)側(cè)的換熱量, 這就需要大直徑的風(fēng)扇和更高的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速;另外一種方法是在現(xiàn)有的風(fēng)量不變的條件下,降低迎風(fēng)側(cè)的出風(fēng)溫度, 以提高背風(fēng)側(cè)的傳熱溫差, 同樣可以提高傳熱溫差。提高背風(fēng)側(cè)的管壁和翅片溫度的方法可行性不大, 使用大直徑的風(fēng)扇和更高的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速又受到結(jié)構(gòu)和噪音等方面的限制, 所以通過降低迎風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度的方式來提高換熱量。 10. 制冷劑流量分布對冷凝器性

18、能的影響1. 究冷凝器的換熱特性影響冷凝器換熱單元的換熱量，有以下因素： 流經(jīng)冷凝器換熱單元的風(fēng)量(Ma） ； 經(jīng)過換熱單元進出風(fēng)溫差(ta2-ta1） ； 流經(jīng)換熱單元制冷劑流量（MR） ；過冷度，過冷度影響焓差（h1-h2） ；制造、加工工藝等因素，從而影響冷凝器內(nèi)制冷劑與空氣側(cè)換熱平衡的漏熱系數(shù)（）；因此，改善冷凝器換熱單元的換熱 增大換熱單元的迎面風(fēng)量，風(fēng)量越大，換熱越高； 空氣與制冷劑進行逆流換熱，可提高空氣的進出口溫差，溫差越大，換熱越高； 流經(jīng)換熱單元的制冷劑流量越大，換熱性能越高； 增大過冷度，提高制冷劑的焓差，從而提高冷凝器的換熱性能； 改善加工工藝，主要是脹管和烘干等工序，

19、可以提高冷凝器的換熱性能2 風(fēng)量-壓降-換熱的平衡條件下的制冷劑分布2.1冷凝器表面風(fēng)量分布模型 空調(diào)匹配的實踐中，發(fā)現(xiàn)冷凝器制冷劑分布滿足風(fēng)量-壓降-換熱的平衡條件下，對換熱性能有很大的改善；冷凝器所用的軸流風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓，在冷凝器上的分布是不均勻的，中間最小，兩邊最大，呈對稱分布，如圖4所示： 從換熱單元分析中可知，換熱單元的換熱能力與風(fēng)量成正比。由于冷凝表面風(fēng)量分布的差異，決定冷凝器每個換熱單元的換熱能力是不同的。另外，換熱單元的換熱能力與制冷劑的流量也成正比，單位時間內(nèi)的制冷劑流量越大，換熱單元的換熱能力也就越好。所以，在流程布置優(yōu)化設(shè)計時，要充分考慮風(fēng)量分布的差異和合理利用風(fēng)量分布的

20、差異，使制冷劑在每個換熱單元能得到合理的分配，提高每個換熱單元的換熱能力，從而提高整個冷凝器的換熱能力。2.2 制冷劑流量分布的壓降模型對于任意流程，其壓降在過熱區(qū)，兩相區(qū)和過冷區(qū)是不同的，其壓降關(guān)系可表示如下：所以，對于任意流程，其壓力降主要表現(xiàn)在過熱區(qū)，如圖5。在制冷劑側(cè)， 對于任意流程的壓降方程為7 ： 從方程（9）及圖5 可知，過熱的制冷劑在冷凝過程中，制冷劑比容和制冷劑的平均干度逐漸降低，其壓降也逐漸減少。對于流程而言，如果流程長度越短，則整個流程的壓降將降低。而流程之間的流量分配，主要由過熱區(qū)的壓降決定。 2.3基于風(fēng)量- 壓降-換熱下的制冷劑流量分布模型 優(yōu)化冷凝器制冷劑流量的分

21、布來改善換熱性能，需要考慮風(fēng)量-壓降-換熱平衡?；陲L(fēng)量-壓降-換 熱下的制冷劑流量分布模型，如圖6所示。 從冷凝器的換熱單元模型可知，換熱單元的迎面風(fēng)量大，換熱性能好，過熱區(qū)的流程縮短，流程壓降??；如果進出風(fēng)溫差大，換熱性能好，過熱區(qū)的流程縮短，流程壓降也小。對于采用多路流程布置的設(shè)計方式，由于冷凝器表面風(fēng)量不均勻，導(dǎo)致?lián)Q熱不均勻，對于相同長度的流程，其壓降是不等的。冷凝器采用多流程布置設(shè)計時，涉及到每個流程的制冷劑流量分配問題。流量分配方程為：綜上各模型的分析，風(fēng)量影響換熱性能，風(fēng)量越大，換熱越好；反之，則越差。換熱效果影響制冷劑在管路中冷凝效果，冷凝效果決定制冷劑的狀態(tài)在管路中的分布。由

22、方程（9）可知，制冷的狀態(tài)影響流程的壓降。如果換熱單元的換熱性能越好，則過熱區(qū)的流程縮短，流程壓降也就越小；壓降越小，則通過流程的流量越大；而流量越大，又可提高換熱單元的換熱效果。但是，由方程（7）可知，制冷劑流量越大，制冷劑流速也就越大，則壓降也就越大所以，在多流程布置設(shè)計時，風(fēng)量-壓降- 換熱-流量分布是相互影響和制約的，它們之間必然要求有適當(dāng)?shù)钠胶狻?流量越大，管內(nèi)的換熱系數(shù)就越高，在其他條件不變下，換熱量越大； 制冷劑流速越大，則壓降越大； 如果流程壓降越大，則制冷系統(tǒng)的壓降就越大，則制冷量將降低，壓縮機功耗增大，能效比下降。對應(yīng)一定的流量， 必然存在一個最佳的風(fēng)速，對應(yīng)一定的風(fēng)速，必

23、然也存在一個最佳的流量； 使冷凝器的性能達到最佳。11. 不同的空氣來流分布形式對冷凝器性能的影響(1) 隨著冷凝器來流不均勻度的增加，換熱量損失一定增加，壓降損失可能增加，也可能降低。(2) 三種不同的速度分布，不均勻度對階梯型（尤其是單向二階梯分布）風(fēng)速分布冷凝器性能影響最大，對拋物型分布冷凝器性能影響較小。(3) 在一定的管內(nèi)冷媒流量變化范圍內(nèi)，隨著流量的增大，來流不均勻?qū)淠饔绊懺龃?，冷凝器性能下降?4) 來流不均勻?qū)Σ煌鞒滩贾玫睦淠饔绊懯遣灰粯拥模瑢唵瘟髀穪碚f，逆流冷凝器受影響最大，性能下降最為嚴(yán)重，其次是順流，對錯流冷凝器性能影響較小。(5) 來流不均勻?qū)芘艛?shù)較少的冷凝

24、器性能影響較大，隨著管排數(shù)的增大，這種影響趨勢減弱。 12. 空調(diào)器三種不同管徑冷凝器的性能對比 使用外徑為 7 的銅管作冷凝器的基管， 肋片的寬度加寬更有利于進行熱交換；（使用外徑為 7 或 9基管的冷凝器在制冷狀況下，并且基管的管外側(cè)面積基本相等，流程相似， 7的冷凝器比 9的性能更優(yōu)，主要是由于制冷劑在 7管道內(nèi)壁能更加充分浸潤，并且 7基管厚度較薄，外肋片在能保證室外風(fēng)量前提下，減小片距和減薄厚度，使得制冷劑能夠更加完全地與空氣進行熱交換，所以性能得到提高）。 性能上：使用外徑為 7的銅管作冷凝器的基管，在管外側(cè)換熱面積相當(dāng)?shù)那闆r下，制冷性能較 9 的冷凝器有較大的提高，特別是能效比方

25、面，更利于機組節(jié)能，并且耗材更少，更符合建設(shè)節(jié)約型社會的要求；但制熱性能上，在未對流程作較大改變的情況下，有所下降，特別是結(jié)霜方面， 但可以從多路分路上進行改善，同時對生產(chǎn)工藝要求更高了；13. 非共沸混合物冷凝器的傳熱強化 非共沸混合物蒸汽在冷凝傳熱過程中, 由于混合物蒸氣組分在沸點上存在差別, 高沸點組分蒸汽先冷凝, 低沸點組分后冷凝, 從而在管子周圍形成了低沸點組分的氣相傳質(zhì)擴散層。因此, 非共沸混合蒸汽的冷凝熱阻既包括冷凝液膜熱阻,又包括氣膜熱阻。 混合蒸汽的凝結(jié)換熱過程與純蒸汽相比主要有兩點不同, 一是混合蒸汽凝結(jié)時, 冷凝溫度是變化的; 二是在整個冷凝過程中, 伴隨著傳熱有傳質(zhì)的發(fā)

26、生,傳熱與傳質(zhì)之間也相互影響 四種流程布置方案中, 無論是隨著管內(nèi)制冷劑流量的變化, 還是隨著冷凝器迎風(fēng)面風(fēng)速的變化, 逆流布置都是較好的方案, 其次是錯流, 然后是順流。在換熱及壓降的比較方面逆流布置冷凝器比順流布置冷凝器要分別高出5-15% 及3-20 %。 在迎風(fēng)面風(fēng)速保持恒定, 隨著管內(nèi)制冷劑流量的增大, 冷凝器換熱量及壓降均增大。在管內(nèi)制冷劑流量保持恒定時, 隨著迎風(fēng)面風(fēng)速的增加, 冷凝器換熱量增大, 壓降減小, 且最終的變化趨勢都趨于平緩。 在分別以R4 10 A 和R 2 為工質(zhì)的冷凝器中,無論是隨著管內(nèi)制冷劑流量的變化(迎風(fēng)面風(fēng)速保持不變) , 還是隨著迎風(fēng)面風(fēng)速的變化(管內(nèi)制

27、冷劑流量保持不變) , 換熱量及進出口壓降的變化趨勢基本一致。R410A 冷凝器換熱量大約比R22 要高6-15% 左右, 而壓降要比其低30-50 %。進行流程布置時, 重力的影響不可忽略。當(dāng)工質(zhì)為液態(tài)或兩相態(tài)時, 應(yīng)盡可能使其自上而下流動,以減小壓降, 增強換熱。14R22與R410A熱泵中冷凝器性能隨支路數(shù)變化的比較 ( 1)室內(nèi)換熱器作為冷凝器時, R410A 的換熱量比R22的要大, 換熱量之差基本保持恒定,在各支路數(shù)下, R410A 和R22 的換熱量之差都保持在0. 5kW左右。( 2) 室內(nèi)換熱器作為冷凝器時, R410A 和R22換熱量的差別是由第一排管和第二排管共同造成的,

28、 兩排管中R410A 的換熱量都比R22的要大。其中, 第二排管主要是后1 /3管子對換熱量的差別有所貢獻, 前2 /3管子的影響可以忽略不計。隨著支路數(shù)的增多, 第一排管對換熱量差值的影響越來越顯著, 而第二排管的影響逐漸減弱,兩排管所占的比重由1個支路時的各占一半逐漸變化為6個支路時第一排要占將近90% 。( 3)室內(nèi)換熱器作為冷凝器時, 造成R410A和R22兩排管換熱量差別的原因是不同的, 第一排管換熱量差別的原因主要來自傳熱系數(shù), 而第二排管換熱量的差別是傳熱溫差和傳熱系數(shù)綜合作用的結(jié)果。隨著支路數(shù)的增多, 傳熱系數(shù)對R410A 和R22換熱量差別的影響逐漸增強, 而傳熱溫差的影響逐

29、漸減弱, 制約R410A 和R22冷凝器換熱量差別的因素從傳熱溫差和傳熱系數(shù)共同作用逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閭鳠嵯禂?shù)起主導(dǎo)作用。15.不同結(jié)構(gòu)風(fēng)冷冷凝器換熱16. 熱泵型空調(diào)機組室外機制冷劑側(cè)的換熱與流動1.制熱時作為蒸發(fā)器室外機的壓降大于制冷時作為冷凝器的室外機的壓降, 這是由于供熱作為蒸發(fā)器時制冷劑是在低壓下沸騰流動, 制冷劑的比容較冷凝時要大得多, 制冷劑在管內(nèi)的流速比冷凝時要高得多, 故壓降較冷凝時要大得多. 制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器內(nèi)的相變過程均為非定溫過程, 但溫度變化較小, 且供熱時作為蒸發(fā)器的室外機的壓降大于制冷時作為冷凝器的室外機的壓降, 約為3 5倍.2. 熱泵機組制冷工況下冷凝器換熱量冷

30、凝器換熱量和COP均隨換熱面積的減小而減小, 但減小的幅度較換熱面積減少的比例小得多.當(dāng)換熱面積減小20% 時, 冷凝器換熱量僅減小5.75% , COP僅減小4.00% . 熱泵機組制熱工況下蒸發(fā)器換熱量和供熱系數(shù)均隨換熱面積的減小而減小, 但減小的幅度較換熱面積減少的比例小得多. 當(dāng)換熱面積減小20%時, 蒸發(fā)器換熱量僅減小3.75%, 供熱系數(shù)僅減小2.25% . 由此當(dāng)室外機換熱面積遠大于室內(nèi)機換熱面積時, 再增大室外機換熱面積, 對室外機換熱量和機組性能系數(shù)的貢獻很小, 而對熱泵機組在制熱工況運行時, 增大室外機換熱面積, 對機組供熱系數(shù)的貢獻更小. 為提高熱泵型空調(diào)機組的性價比,

31、不可簡單僅增大室外機的換熱面積, 應(yīng)將室內(nèi)機、室外機以及壓縮機的性能綜合考慮. 17. 高效傳熱冷凝器對提高空調(diào)機性能的意義在干度0.0-1.0區(qū)域內(nèi)螺旋管局部換熱系數(shù)高于光管局部換熱系數(shù), 對此現(xiàn)象分析，得到如下結(jié)論：1.質(zhì)量流速較高如時, 由于蒸氣流速較高, 蒸氣對凝結(jié)液膜的剪切力占主導(dǎo)地位, 此時在干度內(nèi)流型主要為環(huán)狀流和半環(huán)狀流。螺旋管由于內(nèi)表面加工有大量的螺旋微槽, 凝結(jié)液在蒸氣剪切力的作用下進入螺旋微槽并沿微槽排走, 在微肋脊上只留下了很薄的一層液膜, 雖然微槽中由于凝結(jié)液的進入而換熱系數(shù)降低, 但微肋尖部的換熱得到了強化, 換熱系數(shù)提高幅度較大, 因而總體上表現(xiàn)為局部換熱系數(shù)的提

32、高；對于干度很低的區(qū)域, 流型主要為塞狀流和泡狀流, 由于微肋尖部為凝結(jié)液所淹沒, 局部換熱系數(shù)的提高主要依靠內(nèi)表面換熱面積的增加。2.質(zhì)量流速較低例如時, 由于蒸氣流速比較低, 蒸氣對液膜的軸向剪切力作用減弱, 重力作用上升并占據(jù)主導(dǎo)地位, 凝結(jié)液在重力的作用下匯集到管底形成了較大的積液區(qū), 此時管內(nèi)流型主要為分層流。干度較高區(qū)域, 由于蒸氣剪切力作用減弱,螺旋管內(nèi)上壁和側(cè)壁處凝結(jié)液膜主要在表面張力的作用下進入螺旋微槽中, 強化了肋尖換熱, 從而提高了局部換熱系數(shù)。管底的積液區(qū)中由于微肋被凝結(jié)液所淹沒, 微肋對換熱的強化作用被削弱。對于低干度區(qū)域, 換熱的強化主要依靠換熱面積的增加。3. 高

33、效傳熱管內(nèi)表面的螺旋微槽及外軋大螺紋在內(nèi)表面所形成的螺旋凸起增強了凝結(jié)液流動的湍動度, 強化了管內(nèi)凝結(jié)換熱, 但同時也帶來了阻力損失的增加。對于不同工質(zhì)、不同凝結(jié)溫度以及不同的質(zhì)量流速, 高效傳熱管與光管相比阻力損失的增加倍率也不相同。高效傳熱管, 平均換熱系數(shù)強化倍率均隨著工質(zhì)質(zhì)量流速的增加而降低, 這表明低質(zhì)量流速時螺旋微槽對水平管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化效果優(yōu)于高質(zhì)量流速時。18. 冷凝器流程布置的影響1) 單回路冷凝器中, 逆流流程布置方式換熱最好, 叉流其次, 順流最差;逆流布置壓降最大。2) 雙N或多N流路是較好的冷凝器流程布置方案, 尤其在管內(nèi)流量不是很大時。3) 多排( 2 4 排)

34、管冷凝器應(yīng)盡可能采用分流方式, 以減小壓降, 增大換熱量。同時應(yīng)持一定的過冷度, 過冷度過大或過小, 都會使冷凝器性能降低。4) 布置冷凝器流程時, 重力的影響不可忽略。重力可以使液體從高處自動地流向低處, 因此, 應(yīng)盡可能地使液體從高處進入低處流出, 以減小流動阻力。5) 當(dāng)迎風(fēng)面風(fēng)速保持不變時, 冷凝器換熱量將隨著管內(nèi)流量的增加而增加, 最終達到一定極限值后趨于平緩, 此時壓降仍繼續(xù)增加。因此對應(yīng)一定的風(fēng)速, 必然存在一最佳流量使冷凝器性能達到最佳。19. 關(guān)于R410A和R22翅片管換熱器回路數(shù)比的探討1. R410A是HFC32和HFC125按照50%:50%的質(zhì)量百分比組成的二元近共

35、沸混合制冷劑,它的溫度滑移不超過0.2(R407C溫度滑移約7左右),這給制冷劑的充灌、設(shè)備的更換提供了很多方便。另外,由于R410A系統(tǒng)運行的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力比R22高60%,所以系統(tǒng)性能對壓力損失不敏感,每個回路工質(zhì)循環(huán)流速可以加大,有利于換熱器的強化換熱,這為提高R410A系統(tǒng)的整體能效創(chuàng)造了有力條件。2.對于相同換熱量的R22和R410A換熱器,R22和R410A回路數(shù)比不僅與兩工質(zhì)的物性參數(shù)(制冷劑在盤管中的焓差、密度和單位壓力降對應(yīng)的飽和溫度降)有關(guān),還與換熱器盤管內(nèi)徑和當(dāng)量摩擦阻力系數(shù)有關(guān)。3.相同冷量的翅片管蒸發(fā)器,采用5/16管徑R410A換熱器與采用3/8管徑R22換熱器

36、的回路數(shù)比值為1.14;而對于冷凝器,這一比值為1.10。 4.上述回路數(shù)比值只是理論計算的結(jié)果,而實際上因換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)可能與本文計算所列不盡相同,換熱器的設(shè)計工況點也可能不一致,這樣回路數(shù)比也會相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)設(shè)計工況點差別不大時,對比值的影響較小。 20.冷凝器制造標(biāo)準(zhǔn)1.冷凝器加工成型及檢驗過程中不得使用礦物油、含氯溶劑等，不得接觸管內(nèi)表面2. 管內(nèi)充入不低于1.77Mpa的干燥空氣（或氮氣），然后將冷凝器浸入4555水中1分鐘，用肉眼觀察有無氣泡泄出。3. 管道一般不應(yīng)出現(xiàn)變窄現(xiàn)象，如個別部位必須變窄，則窄處的內(nèi)截面積不得小于額定內(nèi)截面積的80%。21. 制冷劑流路對冷凝器換熱特性的

37、影響制冷劑流路的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下幾點： 對于多路流動而言，不同流路間制冷劑分配應(yīng)均勻；制冷劑和外界空氣進行逆流換熱；避免出現(xiàn)復(fù)熱和回液。 在冷凝器設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)考慮分路流動，在設(shè)計分路時，不同路的入口應(yīng)盡量靠近，出口也應(yīng)靠近，進口與出口應(yīng)盡量遠，以避免由于復(fù)熱而損失部分換熱量，避免流量分配不均勻。在實際設(shè)計中，若分路多于兩路時，應(yīng)當(dāng)采用集中式分液器和集液器，盡量使不同流路間流量均勻，此外，不同流路的管程應(yīng)當(dāng)相同，而且應(yīng)當(dāng)均勻地流過迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)使得換熱均勻。在實際運行中，應(yīng)適當(dāng)增加風(fēng)量，以提高換熱效果。冷凝器在相同迎面風(fēng)速時具有較小的制冷劑流量, 以及在相同的制冷劑流量時具有較大的迎面風(fēng)速這樣兩種情況下, 由于換熱比較充分, 不同的回路布置形式對換熱量有較大的影響. 在換熱不充分時, 采用不同的回路布置形式換熱量差異并不大. 在其他情況相同時, 采用逆流布置的換熱量約比順流布置的換熱量高3% 4% .22. 翅片管換熱器過冷管設(shè)計對系統(tǒng)性能影響研究( 1) 試驗對比研究了換熱器底部的1 根U 形管、2 根U 形管并聯(lián)、2 根U 形管串聯(lián)的過冷效果, 也與沒有過冷的換熱器進行了對比, 用R22和R410A 兩種制冷劑進行了測試, 測試結(jié)果表明用2 根U 形管串聯(lián)過冷的效果最好;( 對于2 根U 并聯(lián)的過冷方案, 由于把液態(tài)制冷劑分成2 路, 管內(nèi)制冷劑的