冷凝器传热知识

两器传热的一些理论知识一、冷凝器的换热1.顺流和逆流的影响在一般性的换热器流路设计中，在换热器两侧，冷热流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两冷热流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小；逆流时，沿传热表面两冷热流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小；当两种流体其中一相或两相相变时，逆流与顺流的平均温差一致。2.重力因素冷凝器流路布置中，重力的影响不可忽略。因此，在回路中液体（或两相流体）应尽可能地从高处进入低处流出，以减少流动阻力。3.增大传热温差的方法与作用1在冷凝器流路布置中，为了提高△t，增大换热效果，应该将热源点即铜管温度较高的部分布置在出风处，铜管温度较低的部分布置在进风处。冷凝器换热量Q的提高，冷凝器的冷却效果增加，实际上是降低了冷凝器的内部高压，降低了制冷循环在压焓图中的位置，循环低压降低使蒸发温度的降低可增加蒸发器的冷量。由于毛细管的阻尼作用可以认为是不变的，使由高低压差驱动的冷媒循环量略有减少，低压略有降低，最终使制冷循环的高低压较接近，制冷循环的能效比增加较明显。流程布置会改变传热温差的分布,从而对换热器性能有较大的影响。4.增大传热温差的方法与作用2在空调冷凝器的换热过程中，由于铜管内流动的冷媒从过热、两相冷却到过冷，因此冷媒沿程有较大的温度变化。在过热区和过冷区温度基本呈斜直线规律下降，两相区的温度基本保持不变，但实际上稍有下降，这是因为沿程有阻力损失，所以对应的饱和温度会稍有降低。通过上述传热单元的换热分析，我们可以人为地对冷媒三种状态的温度变化加以利用。冷媒的过热段温度较高，且有较大的温度降低，根据风的流向，将其置于两相段或过冷段之后作为逆流换热的高温端，让风先在冷却冷媒两相段或过冷段之后再冷却过热段，过热段的高温也能被风有效冷却。冷媒的两相段，基本属于等温段，将其置于过冷段之后作为逆流换热的高温端，风在冷却过冷段后再冷却两相段，提高两相段的换热量，并让冷媒尽快进入过冷状态，并提高冷媒的过冷度。冷媒的过冷段，温度只比环境温度高，将其放于过热段或两相段的前排作为逆流换热的低温端，让风最先与之换热，以充分接受环境温度的冷却，过冷度也得到提高。相对于风流动的方向，冷凝器流路的布置使翅片出风侧的温度尽量提高，翅片进风侧的温度尽量降低。这样，冷媒过热区即管路高温的部分布置在出风侧；冷媒过冷区管路即低温的部分布置在进风侧；冷媒两相区的管路部分，2布置在过热段的前面或过冷段的后面，也能做到逆流换热。①通过逆流换热理论分析，要提高冷凝器的换热效果必须采用逆流换热流路设计；②逆流换热流路设计就是提高翅片出风侧温度及降低翅片进风侧温度；③两排或以上冷凝器的逆流换热流路设计就是，过热段、两相段、过冷段合理布置；5.进口压力和温度、出口过冷度在翅片管冷凝器运行时,进口压力和温度是制冷系统的关键参数,它会影响压缩机的功率,而且也反映了冷凝温度,同时,冷凝器的出口过冷度也是一个重要参数,会影响系统的制冷量；而且足够的过冷度更是制冷系统稳定运行的必要条件。6.冷凝器随支路数变化的特性分析支路数对冷凝器的换热量影响显著。影响换热量的因素主要有换热温差、总传热系数以及制冷剂流量。随着支路数的增加,制冷剂侧压降减小,减小了制冷剂进出口温差,使换热器表面温度分布比较均匀。对于不同支路的每根管,换热温差分布比较平缓；2个支路时换热温差最大,6个支路时换热温差最小,其中最大值比最小值大了约8%,而随着支路数的增加,冷凝器的制冷剂总流量降低,则某个支路内的流量差别更为显著,2个支路时每个支路的流量为88�4kg/h,而6个支路时每个支路的流量为20�3kg/h,制冷剂流量的显著减小,引起管内表面换热系数的减小,最终引起总传热系数的减小,所示,因此,冷凝器的换热量随着支路数的增加而对于同一个支路中,制冷剂由过热区过渡到两相区,在过热区,管内制冷剂的冷凝换热系数比较小,而两相区由于受制冷剂干度的影响,换热系数逐渐减小,因此,管内的冷凝换热系数遵循先增加后减小的规律。过热区换热系数的减小导致制冷剂温度的快速下降。347.冷凝器随管排数变化的特性分析对于相同支路，相同的翅片管尺寸,以及相同的空气进口状态以及风量,仅考虑管排数的变化。。图9所示换热量随着排数的增加而增加。其中,制冷剂流量与换热量的变化基本一致。图10表明压降随着排数的增加而增大,1排时的最大压降为最小值4排时的最小压降的4.3倍。空气侧表面换热系数随管排数的增加而递减,其中,峰值为1排时的127.6,最小值为85.8,其中,2排时的空气侧换热系数比1排时的减小了11.8%,3排时的比2排时的减小了12.4%,4排时的比3排时的减小了12.9%,基本上呈单调递减趋势。管排数对冷凝器的换热量产生了显著的影响。如表2所示,当为2排管时,其中第1排(迎风管排)的换热量比第2排的大了约32�9%。当冷凝器是3排管时,其中第1排管的换热量比第2排的大了38.9%,比第3排的大了66.1%。由此可知,在冷凝器换热时,迎风管排的换热占主要部分,约占总换热量的43.1%,第2排管占总换热量的31%,第3排管占总换热量的26%。排数变化对制冷剂流量有显著的影响。随着排数的增加,制冷剂流量增加。最小值为1排时的64.9kg/h,最大值为4排时的160.7kg/h,其中,2排时的制冷剂流量比1排时的增加了61.5%,3排时的制冷剂流量比2排时的增加了33.5%,而4排时的制冷剂流量比3排时的增大了14.9%。从此可知,制冷剂流量随排数变化的斜率不同,排数较小时,斜率较大,随着排数的增加,斜率逐渐平缓。由于制冷剂流量的变化,引起管内制冷剂侧表面换热系数的变化。随着排数的增加,制冷剂流量逐渐增加,从而管内流速增大,使得制冷剂侧表面换热系数增大。再者,由于空气侧表面换热系数随着管排数的增加而递减,抵消了一部分管内制冷剂侧换热系数的影响,因此,排数对换热器的总传热系数影响不是很大。如图11所示。换热器的传热系数斜率较为平缓,在两相区,基本上是在30~50之间变化。排数对冷凝器的传热温差影响显著。如图12所示:对于2排管,第1排的平均温差比第2排的大了27.3%。对于3排管,第1排的平均温差比第2排大了约28.1%,比第3排大了约46�6%。因此在冷凝器的换热过程中,传热温差是导致换热量变化的主导因素。56结论(1)随着支路数的增加,翅片管冷凝器的压降最大值为2个支路时的33.8kPa,最小值为6个支路时,仅为0.9kPa,压降的减小,减小了制冷剂进出口温差,使冷凝器传热温差分布比较均匀,由于制冷剂流量随着支路数的增大而显著减小,导致管内制冷剂侧换热系数的减小,从而引起总传热系数的减小,因此,冷凝器的换热量随着支路数的增加而减小,最大值为2个支路时的7.82kW,最小值为6个支路时的5.92kW,最大值比最小值大32.1%。(2)随着管排数的增加,压降增大,4排管的压降是1排管的4.3倍;空气侧表面换热系数与制冷剂侧换热系数的变化趋势相反,因此冷凝器的总传热系数变化比较平缓。随着排数的增加,制冷剂质量流量与冷凝器的传热温差均增大,因此,冷凝器的换热量随着管排数的增加而增大,4排管的换热量是1排管的2.45倍。8.翅片管在不同风速、风温下的翅片管换热1)在吹风温度一定时,翅片面的传热系数、壁面热流密度会随着风速增大而增大,基本为线性关系,且两者增长的比例一致,风速增大1m/s,热流密度增大约40W/m2。据此可以估算吸收器散热需要的吹风速度,进而确定风机的型号。2)当风速增大时,壁面的阻力系数也还会明显增长,在实际应用时会将单管式的做成管束式,其间距要更加注重,因为它会以相反地作用影响着换热和阻力性能,两者应权衡利弊。3)在风洞进口温度一定时,翅片面的传热系数、壁面热流密度会随着风温增大而减小,且于风速对两者的影响正好相反,这与事实情况相符。9.空调用冷凝器中的空气流动与传热分析(1)由图5.10可见,在相同的翅片间距下,迎风风速越大,换热也好,表现在表面换热系数的提高和总换热量的增加,因为在同样的翅片间距下,风速越大,风量也越大,翅片表面空气流速增加,表面换热系数增大,所以换热量增大,但是风速越大,冷凝器上的风阻也越大,即需要消耗更多的风机功率,对风机性能的要求大大增加。7(2)由图6.9可见,在相同的迎风风速情况下,翅片间距越大,换热量越小。因为,随着翅片间距的增大,单位长度上翅片数目减少,虽然每一片翅片上的散热量是增加了,但是增加的幅度小于由于翅片间来讲换热量降低。但是还应当注意到,翅片间距增大后,在相同的风压下,即在相同的风扇运行工况下,随着翅片间距的增大,空气流过翅片时的阻力减小,风量逐渐增大,迎风侧的负热系数先逐渐增大然后有少量下降,最大值出现在1.8~和2.0~之间;背风侧的换热系数一直呈现增大的趋势。所以,背风侧的换热量是逐渐增大的,但是有逐渐平缓的趋势,而且背风侧的换热量在总换热量中所占的比例逐渐增大(1.4mm时占8.2%,2.2~时占24.5%)。由此可以看出,适当增大翅片间距对于换热是有好处的,但是有一个最佳间距值。(3)由图7.8可见,在相同的翅片间距下,当迎风速相同时,随着翅片宽度的增加,散热面积增大,换热量会略有增加,但是翅片表面平均换热系数下降,平均单位面积上的传热量下降因此,换热量增加的幅度小于面积增加的幅度。在1.5m/s风速,1.7mm的翅片间距,当翅片宽度由19mm增加到24mm时,翅片表面积增加了26%,冷凝器上总换热量由6064w增加到6152W,换热量只增加了1.45%.(4)由图21、22可见,在相同的翅片间距下,当迎风风压相同时,随着翅片宽度的增加,换热量逐渐降低。原因是翅片宽度增加,流动阻力增大,风量减小,虽然换热面积增大,但是迎风侧和背风侧的换热系数均明显下降,所以总换热能力下降。(5)由图11、12可见,对双排冷凝器而言,迎风侧和背风侧的换热能力相差很大,特别是在低风速的情况下表现尤为明显,以翅片间距1.7mm为例,风速0.5m/s时迎风侧换热量占总换热量的96.3%,风速3.0m/s时迎风侧的换热量占总换热量的69.2%。原因是,当风吹向迎风侧时,平均温度与迎风侧管壁和翅片温度相差较大,进风温度为308K,0.5m/s时,迎风侧翅片平均温度为316.8K,迎风侧出风温度为318.6K,背风侧翅片平均温度为318.9K,背风侧出风温度为318.95K,迎风侧传热温差为8.8K,背风侧传热温差只有0.3K;风速3.0m/s时迎风侧翅片平均温度为313.0K,迎风侧出风温度为314.4K,背风侧翅片平均温度为316.5K,背风侧出风温度为317.05K,迎风侧传热温差为5.0K,背风侧传热温差为2.1K。所以,由于温差的减小从而引起换热量的下降,如此不均匀的换热导致了整体换热能力的下降。解决方法有几种,一是提高背风侧的管壁和翅片温度,以提高传热温差,但是迎风侧和背8风侧温度相差太大,可能引起结构方面的问题;二是提高风速或增大风量,以提高背风侧的换热量,这就需要大直径的风扇和更高的风扇转速;另外一种方法是在现有的风量不变的条件下,降低迎风侧的出风温度,以提高背风侧的传热温差,同样可以提高传热温差。提高背风侧的管壁和翅片温度的方法可行性不大,使用大直径的风扇和更高的风扇转速又受到结构和噪音等方面的限制,所以通过降低迎风侧出风温度的方式来提高换热量。9101112]1310.制冷剂流量分布对冷凝器性能的影响1.究冷凝器的换热特性影响冷凝器换热单元的换热量，有以下因素：①流经冷凝器换热单元的风量(Ma）；②经过换热单元进出风温差(ta2-ta1）；③流经换热单元制冷剂流量（MR）；④过冷度，过冷度影响焓差（h1-h2）；⑤制造、加工工艺等因素，从而影响冷凝器内制冷剂与空气侧换热平衡的漏热系数（ξ）；因此，改善冷凝器换热单元的换热①增大换热单元的迎面风量，风量越大，换热越高；②空气与制冷剂进行逆流换热，可提高空气的进出口温差，温差越大，换热越高；③