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制冷技术与应用岳孝方陈汝冬编著同济大学出版社2020/1/19第四章2第四章冷凝器和蒸发器本章主要讲述冷凝器和蒸发器的工作特点、结构型式和选择计算方法。第一节冷凝器的冷凝器的种类、基本构造和工作原理1.水冷式冷凝器立式壳管式冷凝器、卧式壳管式冷凝器和套管式冷凝器。2.空冷式冷凝器自然对流式和强迫对流式3.蒸发式与淋激式冷凝器蒸发式冷凝器带动力驱动，分吸入式和压入式两种。2020/1/19第四章3第二节冷凝器中的传热过程•冷凝器的传热包括制冷剂的冷凝放热和冷却剂的吸热过程•制冷剂的冷凝放热：1.与管壁或平面的冷凝放热膜状凝结：液膜层的热阻是冷凝放热的主要热阻2.在水平管束上的冷凝上层管上下落的凝结液使下部管束的液膜变厚，使放热系数降低3.在水平肋管表面的冷凝分两部分：水平面积和垂直面积，并具有相应的换热系数。低肋管的换热系数是光管的1.2～1.4倍4.制冷剂在水平管内的冷凝气流速度不大时，立管内的凝结放热可按管外冷凝计算，速度较快时放热系数有增加；蒸汽在水平管内冷凝时蒸汽与底部的冷凝液分层流动，淹没一部分换热表面，冷凝放热系数会逐步降低。2020/1/19第四章42020/1/19第四章5•冷却剂（水或空气）的换热1.冷却水在管内的强制对流换热冷却水的流动一般为湍流Re＞104传热的均匀度好；2.空气横向掠过肋管管束的放热管外侧空气的对流换热系数较小，需采用装设肋片来强化传热。肋片的形式较多，为提高换热系数必须使肋片与基管紧密接触肋片的高度和密度都有控制，太高太密阻力大，太小提高传热的作用不明显肋片管效率和肋片效率2020/1/19第四章6•通过管壁与垢层的附加热阻:管壁热阻、油膜热阻、水侧垢层热阻2020/1/19第四章7第三节冷凝器的设计计算冷凝器的传热公式：1.冷凝热量2.传热平均温差3.冷凝温度4.热流密度okkQQtKAQ2112lntttttttkkAQk2020/1/19第四章8)/(1121KmWFFRFFRKiowsoyc•传热系数：制冷剂与冷却介质分别位于管壁两侧进行传热，其传热系数受到蒸汽凝结热阻、管壁热阻、管壁两边的污垢和油污等因素的影响。•水冷式冷凝器的传热系数计算公式：2020/1/19第四章92020/1/19第四章10第四节蒸发器的种类、基本构造和工作原理1.满液式蒸发器卧式壳管式蒸发器、水箱式蒸发器2.非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器、直接蒸发式空气冷却器3.循环式蒸发器4.淋激式蒸发器。2020/1/19第四章112020/1/19第四章12•空冷式冷凝器的传热系数：)/(1121KmWFFRFFRKnocyosw•式中：αc，αw分别为制冷剂和冷却介质侧的放热系数；Ry，Rs分别为油膜与污垢热阻；δ为管壁厚；λ导热系数；Fi、Fo为管内、外表面积；Fn为每米基管的可见面积；F为传热管平均面积。2020/1/19第四章13第五节蒸发器内的传热过程•制冷剂在蒸发器内沸腾时的换热1.水平管束外大空间的沸腾换热沸腾三区域：对流、过渡和沫态区，随热流密度ψ的增加而增加，公式采用经验公式。2.管内沸腾放热复杂的汽－液两相流动，气泡成长和脱离，与液体的物性、热流密度ψ、沸腾压力、管内流速、管径、管长及管道放置的位置有关。2020/1/19第四章14第六节蒸发器的设计计算主要是求换热面积，具体与冷凝器类似。一.蒸发温度to与平均传热温差Δt控制蒸发温度与冷冻水或空气的出口温度之差（t2－t0）1.静液高度下部制冷剂的压力相对较大，对应的蒸发温度也较高；2.蒸发器中制冷剂的质量流速与压力降制冷剂通过蒸发器的传热管时存在流动阻力，使蒸发器出口的压力小于进口的压力，温度也相应降低，制冷机的吸气压力也随之降低，导致制冷量的减少，要克服这种情况必须加大传热面积；制冷剂在管内的流速越大，沸腾放热系数就越高，而流速加大又将引起管内制冷剂的压降增加，由于流速的增加，传热和流动阻力两个因素对蒸发器的平均蒸发温度带来相反的影响，必然存在一个最佳值。以制冷压缩机等设备的耗功率最小为流速的最佳值。2020/1/19第四章15•按冷却介质可分为•1.冷却液体的蒸发器•(1)立管式或螺旋管式蒸发器－－满液式，制冷效果好，常用于氨系统；•(2)卧式壳管式蒸发器－－满液式和非满液式，区别在于满液式：制冷剂在管外蒸发，多用于氨系统，非满液式：制冷剂在管内蒸发，多用于氟利昂系统；•2.冷却汽体的蒸发器•(1)排管式蒸发器：常用于冷藏库，有蛇形管式、U形管式和搁架式；•(2)直接蒸发式空气冷却器广泛应用于冷库和空调系统，区别在于冷库中的低温结霜，故使用较大片距的肋片，通常为6－12mm，空调中的肋片管片距在2－4mm。2020/1/19第四章16二、传热系数与冷凝器基本相同三、直接蒸发式空气冷却器的计算1.空气冷却器外表面与湿空气之间的热湿交换2.直接蒸发式空气冷却器的冷却效率3.直接蒸发式空气冷却器的传热系数2020/1/19第四章17)(lg3.2212112llpolmolwkwkwwmttcQMtKQFttttttt载冷剂的循环量计算；蒸发器的传热面积按制冷剂与载冷剂的温差2020/1/19第四章18)(lg3.2212112llpolmolwkwkwwmttcQMtKQFttttttt载冷剂的循环量计算；蒸发器的传热面积按制冷剂与载冷剂的温差2020/1/19第四章19•第四节蒸发器的选择计算•冷却液体的蒸发器传热系数与水冷式冷凝器的计算相同，包括制冷剂侧的沸腾换热、传热管和垢层的导热及载冷剂侧的对流换热。•蒸发器的选择计算主要是确定传热面积，选择合适的蒸发器即计算载冷剂的循环量。