05第4章换热设备-1

第四章制冷装置的换热设备45第四章制冷装置的换热设备第一节冷凝器的种类和工作原理一、水冷式冷凝器常用的水冷式冷凝器有壳管冷凝器、套管式冷凝器和焊接板式冷凝器。（一）壳管冷凝器壳管冷凝器分卧式和立式两大类。1.卧式壳管冷凝器图4-1为卧式壳管冷凝器。图4-1卧式壳管冷凝器1－泄水管；2－放空气管；3－进气管；4－均压管；5－传热管；6－安全阀接头；7－压力表接头；8－放气管；9－冷却水出口；10－冷却水入口；11－放油管；12－出液管2.立式壳管冷凝器立式壳管冷凝器如图4-2所示。导流管嘴如图4-3。图4-2立式壳管冷凝器1－放气管；2－均压管；3－安全阀接管；4－配水箱；5－管板；6－进气管；7－无缝钢管；第四章制冷装置的换热设备46图4-3导流管嘴1－导流管嘴；2－管板表4-1列出氨立式壳管冷凝器传热系数的参考值。氨立式壳管冷凝器的传热系数表4-1每根管水量（kg/s）0.0670.10.1330.1670.20.2330.267传热系数（W/（m2·K））4606007508309009601020注：本表适用于管径为ф51×3mm无缝钢管。（二）套管式冷凝器套管式冷凝器外形参见图4-4。图4-4套管式冷凝器（三）焊接板式冷凝器图4-5给出了板式换热器结构图及其板片型式。ⅡⅢ制冷剂水AA向BB向Ⅰ图4-5焊接板式冷凝器第四章制冷装置的换热设备47二、风冷式冷凝器图4-6给出R22气态制冷剂通过风冷式冷凝器时的状态变化，以及冷却用空气的温度变化。图4-7为强制对流式风冷冷凝器。风冷冷凝器的常见传热管、肋片规格尺寸见表4-2。12345678109图4-6风冷式冷凝器的换热状况风冷冷凝器的结构参数（单位：mm）表4-2传热管规格肋片厚度肋片间距ф7×0.350.12～0.151.5～2.2ф9.52×0.350.12～0.151.8～2.2ф12.7×0.50.15～0.22.2～3.0ф15.8×0.750.15～0.22.2～3.5三、蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器结构如图4-8所示。填料蒸发式冷凝器如图4-9。预冷器挡水板淋水器空气冷凝盘管制冷剂液体出空气自来水浮球阀溢流排污管空气溢水口接水口淋水泵制冷剂蒸气进风机图4-8蒸发式冷凝器原理图图4-7强制对流式风冷式冷凝器1－肋片；2－传热管；3－上封板；4—左端板；5－进气集管；6－弯头；7－出液集管；8－下封板；9－前封板；10－通风机第四章制冷装置的换热设备48空气出口空气入口布水系统风机湿热空气制冷剂进口冷凝盘管挡水板湿热空气热交换层通道空气入口水泵图4-9填料蒸发式冷凝器第二节冷凝器中的传热过程一、制冷剂的冷凝换热（一）制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热3125.0lcltcc(4-1)cvv(4-2)rPeR43.0v(4-2a)（二）水平管束上的冷凝cczzZ61(4-3)（三）水平肋管表面的冷凝AAAAfffppfc(4-4)第四章制冷装置的换热设备49图4-10梯形低肋管0.250.75.1.3fpocffcfceAAdAHA(4-5)cfzfczzfc...(4-6)（四）水平管内的冷凝10.253.0.5550.455cniitdd(4-7)35000eRivd1110.2634.211686.88cniitdd(4-8)ncncssnc.15.0...25.0(4-9)二、冷却剂的换热（一）冷却水2.08.0iwdvW/(m2·K)(4-10)43.037.0021.0a＝(4-11a)修正系数F(Re)表4-3Re25003000400050006000800010000F(Re)0.40.570.720.810.880.961.02/3(PrRe)Gadwi＝0.01Re2000(4-12a)第四章制冷装置的换热设备501/9(PrRe)Gadwi＝0.67Re2000(4-12b)18.002.08.0iewdddv(4-13)0.40.017a＝(4-13a)（二）空气图4-11肋片型式（a）圆肋片管；（b）正方形肋片管；（c）矩形肋片管；（d）正六边形肋管图4-12连续整体肋片（a）平肋片；（b）波纹肋片；（c）冲缝肋片图4-13肋片管束（a）顺排；（b）错排第四章制冷装置的换热设备51mneeadLdCCRe21(4-14)0.3750.143Read(4-15)maxReodvd(4-15a)0.6440.479ReadaF(4-16)31.240.9440.582.092.660.8811.09310()Re1.097()ReasdsdFee(4-16a)AAApffbf.(4-17)abfea..(4-18)（三）水和空气1/3ww704(1.390.022)()oatd(4-19)()()wawmwjpawmoAhhActtA(4-20)max0.6020.297()fomwaomuddv(4-21)图4-14整体肋片管计算尺寸示意图第四章制冷装置的换热设备52三、管壁与垢层的热阻0.900.951.001.051.1000.40.81.21.6238394041424344454647484950Rfou(×10-4m2·K/W)εф,εptc(℃)εptcεф图4-15污垢热阻与冷水机组性能(蒸发器出口水温6.7℃,冷凝器进口水温29.4℃)第三节冷凝器的设计计算mkcKAt(4-22)一、冷凝器的热负荷oiokPkW(4-23a)()kokABt(4-23b)二、传热平均温差mt与冷凝温度tk21m12lnkkttttttt(4-24)三、传热系数1z11oocoilpfouwiAAKRRRAAW/(m2·K)(4-25a)1..11oocoilpfoucfzwiAAKRRRAAW/(m2·K)(4-25b)第四章制冷装置的换热设备531..1ncopceacAARRKW/(m2·K)(4-25c)111coooilopfouicnsiwjKAARARRAAAW/(m2·K)(4-25d)各种冷凝器的热力性能表4-4冷凝器型式制冷剂种类K[W/(m2·K)]热流密度(W/m2)平均传热温差(K)立式壳管氨700～8003500～50005～7卧式壳管氨800～10004500～60005～7氟利昂（低肋管）氟利昂（高效管）700～9001000～15003500～50005000～70005～75～7套管式氨、氟利昂1000～12004000～60004～6蒸发式氨600～7501800～28003～4氟利昂500～7001500～26003～4风冷式（强制对流）氨、氟利昂25～35250～3508～12第四节蒸发器种类和工作原理图4-18蒸发器的型式（a）满液式；（b）非满液式；（c）循环式；（d）淋激式一、满液式蒸发器主要有卧式壳管蒸发器和水箱式蒸发器两种，载冷剂均为液体。（一）卧式壳管蒸发器氨卧式壳管蒸发器如图4-19所示。氟利昂满液式蒸发器如图4-20所示。第四章制冷装置的换热设备54图4-19氨卧式壳管蒸发器进液液面指示器吸油管接头冷水进口冷水出口出气图4-20氟利昂卧式壳管满液蒸发器（二）水箱式蒸发器图4-21为氨立管式水箱式蒸发器。图4-21氨立管式水箱式蒸发器1－水箱；2－管组；3－液体分离器；4－集油罐；5－均压管；6－螺旋搅拌器；7－出水口；8－溢流口；9－泄水口；10－隔板；11－盖板；12－保温层第四章制冷装置的换热设备55二、非满液式蒸发器（一）干式壳管蒸发器干式壳管蒸发器按照管组的排列方式不同可分为直管式和U形管式两种，见图4-22。制冷剂载冷剂传热管隔板（a）（b）图4-22干式壳管蒸发器（a）直管式；（b）U形管（二）直接蒸发式空气冷却器单根分液管的制冷量/kW（管长=1m，压力损失=50kPa）表4-5蒸发温度/℃分液管内径（mm）345R134aR22R134aR22R134aR221050－5－10－15－20－251.851.651.451.301.050.950.750.652.452.201.851.651.401.151.000.853.853.353.002.552.201.851.551.355.104.553.953.352.902.452.101.757.206.405.604.904.203.503.002.5011.008.507.406.405.504.603.953.30注：分液管壁厚为1mm。图4-24典型分液器示意图第四章制冷装置的换热设备56第五节蒸发器的传热过程一、制冷剂在蒸发器内的沸腾换热（一）水平管外大空间沸腾换热nbC(4-26)常数C值表4-6制冷剂蒸发温度（℃）-10010R224.445.406.44R134a3.454.195.2425.045.0..33ozfbpW/(m2·K)(4-27)氨：6.0.13zbW/(m2·K)(4-28a)R22：45.025.05.0.4.16oozbdspW/(m2·K)(4-28b)（二）管内沸腾换热7.003.0157.4obtW/(m2·K)(4-29)∆tc231lg∆tlgq,lgαqcαcABCDE图4-25大空间沸腾状态1－对流沸腾；2－泡态沸腾；3－膜态沸腾第四章制冷装置的换热设备570.40.40.6mbivAd(4-30)物性系数A表4-7蒸发温度（℃）-10-50510R220.4610.4720.4820.4920.503R134a0.3540.3550.3640.3730.383R120.3150.3220.3280.3340.34010°C3°C2.8°C000.20.40.60.81.0543210500100015002000321αb[W/(m2·K)]干度管程长度(m)图4-26水平管内沸腾换热系数的典型变化54213()25cccblfllcCoFrcBoF(4-31)0.80.40.023RelllliPrd1Reillgxd0.50.81glxCox229.8lligFrdBogr各种制冷剂Ffl值表4-8制冷剂flF制冷剂flF水1.00R152a1.1R121.5R134a1.63R222.2第四章制冷装置的换热设备58二、载冷剂在蒸发器中的换热（一）液体载冷剂0.60.330.14RePr()ffffwC(4-32)（二）空气abfea..(4-33)1..1ssabfea(4-34)第六节蒸发器的设计计算一、蒸发温度t0与平均传热温差Δtm静液高度对蒸发温度的影响表4-9液面蒸发温度/℃1m深处的蒸发温度（℃）R123R134aR22R717-102.23-8.34-8.97-9.46-30-7.73-26.70-28.06-28.86-50－-43.23-45.94-47.68-70－-54.57-61.16-63.25(二)制冷剂质量流速和压力降制冷剂的质量流速vm（kg/(m2·s)）表4-10热流密度ψ(W/m2)R134aR22vml/divml/di116075～952500～320085～1203200～4300232085～1