制冷裝置的換熱設備

機械與動力工程學院2023年2月4日制冷系統(tǒng)換熱器冷凝器蒸發(fā)器冷凝－蒸發(fā)器過冷器回熱器中間冷卻器作用：它們是制冷劑與外部熱源介質之間發(fā)生熱交換的設備。輔助換熱設備制冷換熱器類型*2weisean制冷裝置的工作壓力、溫度范圍較窄。一般壓力約在0.1～2.0MPa左右，溫度在-60～50℃左右；傳熱溫差較小，一般在幾度至十幾度范圍，使得換熱設備的熱流密度小，傳熱系數(shù)低，傳熱面積增大，設備體積增大；制冷換熱器要與壓縮機匹配。換熱器對整個制冷系統(tǒng)的制冷能力及功耗有影響，必須首先加以考慮。制冷換熱器的特點*3weisean

制冷換熱器以表面式為主，其結構型式名目繁多。不同結構型式換熱器的傳熱能力及單位金屬耗量，對制冷裝置的制造成本和運行經(jīng)濟性帶來直接影響。因此，提高換熱器的經(jīng)濟性、強化傳熱過程、尋求新的結構型式，乃是當今制冷裝置設計和制造中的重要研究課題。制冷換熱器的特點*4weisean傳熱系數(shù)熱流密度流動阻力單位材料耗量單位外形體積動力裝置中換熱器評價指標*5weisean第一節(jié)換熱器的傳熱過程及其計算*6weisean導熱對流輻射

三種基本傳熱方式制冷的換熱設備形式主要是間壁式換熱器，即冷、熱流體通過固體壁面進行熱量交換的換熱器。熱量傳遞的三種基本方式*7weisean物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞。

導熱*8weisean對流：流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞方式，又分為強制對流和自然對流兩種。特點：加快液體或氣體的流動速度，能加快對流傳熱。對流是液體和氣體特有的傳熱方式。熱對流或稱對流傳熱*9weisean空氣自然對流強制對流3～2020～100水自然對流強制對流200～10001000～15000水沸騰2500～25000水蒸氣強制對流500～3500水蒸氣凝結5000～15000有機蒸氣凝結500～2000對流傳熱系數(shù)的數(shù)量級*10weisean指物體發(fā)出輻射能，通過電磁波產(chǎn)生能量傳遞。當溫度較高時才能發(fā)生。制冷換熱設備的傳熱情況，往往是熱傳導、熱對流、熱輻射兩種或三種傳熱方式組合作用的結果。熱輻射熱量由換熱設備壁面一側的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋攘黧w中去的過程傳熱過程*12weisean熱流體與壁面高溫側：

固體壁導熱：壁面低溫側與冷流體：

將上述三個方程經(jīng)過簡單的代數(shù)變換后，可得

圖6-1平壁傳熱過程

1、平壁傳熱過程總熱絕緣系數(shù)等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱絕緣系數(shù)之和：

傳熱熱絕緣系數(shù)（熱阻）*14weisean寫成熱流體密度形式為：

對于多層壁面組成的傳熱過程，傳熱過程的總熱絕緣系數(shù)可以表示為：R=（i=1，2，3，…n）*15weisean2、圓管傳熱過程

圖6-2圓管傳熱過程圓管的內外側表面積不同，基于內側面和外側面的傳熱系數(shù)也不相同。在工程計算中多以管外側面為基準。則基于圓管外側面的傳熱系數(shù)可以表達為：比較以上兩式，可以得到以圓管外側面為基準的傳熱系數(shù)計算式：或：*17weisean從熱絕緣系數(shù)形式來看：

當圓管為薄壁管時，di與do比較接近，若2圓管壁的傳熱系數(shù)公式可以簡化為：式中

對污垢的影響引入污垢系數(shù)，、分別用于代表圓管內外側面或平壁兩側的污垢系數(shù)，這時傳熱系數(shù)計算公式為圓管

平壁3、肋壁傳熱過程壁面肋化側總面積為A2，兩部分組成：肋基部分的壁面面積A′′2和肋片的上下表面積A′2，肋基壁面溫度為tw2。肋片效率定義為：圖6-4肋壁傳熱過程19穩(wěn)態(tài)傳熱過程，通過肋化表面的傳熱量為：

式中稱為肋片總效率則通過肋壁的傳熱量為

20以肋側總表面積為基準，平壁傳熱計算公式可表示為：式中是以肋側總表面積為基準計算的傳熱系數(shù)。引入污垢系數(shù)后有

肋化系數(shù):加肋后總表面積與未加肋時表面積之比。

當換熱面兩側換熱系數(shù)相差較大時，應當強化換熱系數(shù)小的一側；當換熱面兩側換熱系數(shù)相差不大時，可強化任何一側或對兩側均進行強化；污垢熱阻有時會成為傳熱過程的主要熱阻，應當給予足夠重視。

強化傳熱*22weisean4、介質傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差（1）管內強制對流換熱紊流對流換熱時：1．無相變時對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的確定*23weisean（2）流體橫掠光管管束的對流換熱順排管束

空氣

錯排管束

順排管束液體錯排管束

適用范圍：=200～200000

1．無相變時對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的確定（3）流體縱橫交替流過光管管束的對流換熱殼體內側鏜削時：

殼體內側不鏜削時：式中：定性溫度為流體的平均溫度，特征尺度為圓管的外徑，特征速度是殼側中心線附近管子之間橫流截面上的流速與折流板缺口流速的算術平均值。1．無相變時對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的確定*25weisean

相變換熱中主要介紹凝結和沸騰換熱的計算方法

凝結換熱主要發(fā)生在冷凝器中的傳熱過程制冷劑的冷凝放熱換熱器壁和污垢層的導熱冷卻劑的吸熱過程2．有相變時對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)確定*26weisean蒸氣在垂直豎壁上凝結時的換熱

實際豎壁冷凝過程中液膜的波動效應采用修正式

（1）凝結換熱

27當冷凝液膜為紊流流動時(Re>1600)

（1）凝結換熱

*28weisean蒸氣在水平光管和低肋管上冷凝時的換熱水平光管外的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

低肋管總凝結換熱系數(shù)

（1）凝結換熱

*29weisean蒸氣在水平光管束和低肋管束上凝結時的換熱在單根管子換熱系數(shù)的基礎上加管束修正系數(shù)實際管束修正系數(shù)為

管束的平均管排數(shù)管束實際凝結過程中，頂層管子上的凝結液滴并非完全聚集在下一排管子上，有一部分凝結液會飛濺到管束間，這時，管壁的實際凝結熱阻要比凝結液完全滴落在下一排管子上時的熱阻小。

（1）凝結換熱

*weisean蒸氣在水平管內的凝結換熱

制冷劑為氟里昂

或公式的適用范圍為：Re"按進口蒸氣狀態(tài)計算。（1）凝結換熱

*31weisean制冷劑為R717或當制冷劑在水平蛇形管內冷凝時，上述四個公式乘以后修正系數(shù)（1）凝結換熱

*32weisean（2）沸騰換熱制冷劑在大空間內的沸騰換熱水平光管管束外側且q<2100W/m2為系數(shù)，其取值對R717，核態(tài)沸騰區(qū)域，沸騰換熱系數(shù)可表示為（q>2100W/m2）

和a的取值為：對R717，；其中為蒸發(fā)溫度

*33weisean（2）沸騰換熱立式管內沸騰工質為R717時的換熱系數(shù)水平管內沸騰，管徑在6～14mm，氟利昂沸騰換熱系數(shù)制冷劑在管內強制對流沸騰換熱*34weisean常用肋片管表面結構形式與特點

3．肋片管式換熱器內的傳熱計算方法繞片管

*35weisean套片管常用肋片管表面結構形式與特點

*36weisean常用肋片管表面結構形式與特點

軋片管*37weisean平直肋片

肋片管的肋片效率肋片參數(shù)

肋片當量高度

*38weisean環(huán)形肋片（等厚度圓肋片）

肋片管的肋片效率在用于蒸發(fā)器且處于濕工況時肋片參數(shù)

肋片當量高度

=*39weisean4．對數(shù)平均溫差順流和逆流時流體溫度的變化分別是熱流體和冷流體的進出口溫度。

40順流、逆流換熱器的對數(shù)平均溫差計算，假定條件：①冷熱流體的質量流量和比熱容在整個換熱面上都是常量。②換熱器無傳熱損失且在整個換熱面上傳熱系數(shù)為常數(shù)。③換熱面上沿流動方向的導熱量可以忽略不計。④換熱器兩側冷熱流體均不能既有相變又有單相介質傳熱。4．對數(shù)平均溫差*41在制冷系統(tǒng)中，冷凝器①放熱介質溫度不變，吸熱介質溫度變化。蒸發(fā)器②吸熱介質溫度恒定，放熱介質溫度變化。不存在順流和逆流之分。4．對數(shù)平均溫差*42weisean根據(jù)理論分析，對于工程中常見的蛇形管束內的傳熱，只要管束的曲折次數(shù)超過4次，即可作為純順流或純逆流來處理4．對數(shù)平均溫差(a)作逆流處理(b)作順流處理*43weisean當時，可用算術平均溫差代替對數(shù)平均溫差。代替后誤差不超過2.3%。如時，可用下式計算平均溫差。算術平均溫差*44weisean第二節(jié)冷凝器的結構形式蒸發(fā)器中吸收的被冷卻介質的熱量；制冷劑蒸氣在制冷壓縮機中被壓縮時，由壓縮機消耗的機械功轉化的熱量。制冷劑在冷凝器中放出的熱量*46weisean過熱蒸氣飽和蒸氣飽和液體過冷液體制冷劑在冷凝器中的放熱過程*47weisean水冷式冷凝器water-cooledcondenser

風冷式冷凝器air-cooledcondenser蒸發(fā)式冷凝器evaporativecondenser淋激式冷凝器atmosphericcondenser按冷卻介質和冷卻方式冷凝器的分類*48weisean分類

空氣流動方式分自然對流式強制對流式冷凝管結構分管片式管帶式平行流2.1空（風）冷式冷凝器*49weisean空氣側換熱系數(shù)較小，在空氣側通常采用加翅片等強化措施；自然對流式無風機電耗，噪聲小，但冷凝器傳熱系數(shù)低；為9～16W/（m2·℃)強制對流式傳熱系數(shù)為23～50W/（m2·℃）

風冷式冷凝器的特點*50weisean優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，不需要冷卻水，適用于缺水或供水困難的地區(qū)；風冷熱泵：從空氣取熱量。缺點：傳熱系數(shù)低；在水源充足的地方，水冷式設備的初投資和運行費用均低于風冷設備；冷凝溫度高，壓縮機容量比水冷式大15％。風冷式冷凝器的優(yōu)缺點*51weisean自然對流式風冷冷凝器*52weisean噪聲小但冷凝器傳熱系數(shù)低自然對流式風冷冷凝器的特點*53weisean優(yōu)點流程短，壓力損失小，減少排氣壓力及壓縮機功耗；

進出管通徑是變化的，氣態(tài)時通徑大，液態(tài)時通徑小，使換熱面積被充分利用，減小設備尺寸；使冷凝器內制冷劑溫度及流量分配均勻，提高放熱性能；加快了流速，提高放熱性能；傳熱效率比管片式提高30～40％，通路阻力降低25～33％，內容積減少20％，大幅度提高其放熱性能。缺點：制造加工工藝更復雜。

管帶式風冷冷凝器的優(yōu)缺點*54weisean*55鰭片式冷凝器

a)散熱片形狀b)冷凝器外形*56weisean*57weisean平行流冷凝器外形*1-肋片2-傳熱管3-上封板4-左端板5-進氣集管6-彎頭7-出液集管8-下封板9-前封板10-軸流風機11-裝配螺釘特點有噪聲，但傳熱系數(shù)有所上升

強制對流式風冷冷凝器結構管片式風冷冷凝器結構翅片盤管的結構及端板形式*61weisean7×0.35，9.52×0.35，12.7×0.5，15.8×0.75

排列方式正三角形正方形直列正方形錯列傳熱管規(guī)格換熱器中傳熱管的規(guī)格和排列方式*62weisean

翅片管簇結構參數(shù)示意圖a)微元截面b)等邊三角形叉排c)正方形順排優(yōu)點：結構簡單，加工方便缺點：流程長;進出管徑一樣大，管道內空間未被充分利用，對充分進行熱交換不利，而且增加了排氣壓力和壓縮機功耗;清理焊接氧化皮不方便，且散熱效率較低。管片式風冷冷凝器的特點*64weisean用水作為冷卻介質，帶走制冷劑冷凝時放出的熱量。冷卻水可以一次性使用（地下水和地表水），也可以循環(huán)使用。用循環(huán)水時，必須配有冷卻塔或冷水池，保證水不斷得到冷卻。優(yōu)點：制冷能力大，運行經(jīng)濟性好。缺點：水系統(tǒng)比空氣冷卻系統(tǒng)復雜

2.2水冷式冷凝器*66weisean殼管式冷凝器shellandtubecondenser套管式冷凝器doublepipecondenser螺旋板式冷凝器spiralsheetcondenser

板式換熱器PlateHeatExchanger

常用的水冷式冷凝器*67weisean殼管式冷凝器*68weisean立式殼管式冷凝器

openshellandtubecondenser冷卻水靠重力沿管內流下的開式殼管式冷凝器，常用于大型氨制冷裝置中。臥式殼管式冷凝器

closedshellandtubecondenser冷卻水在壓力下流過水平管束的閉式殼管式冷凝器，常用于大、中型氨或氟利昂制冷裝置中。

1、殼管式冷凝器*70weisean1-放氣管2-均壓管3-安全閥接管4-配水箱5-管板6-進氣管7-無縫鋼管8-壓力表接管9-出液管10-放油管分水器結構立式殼管式冷凝器結構及工作原理*71weisean立式殼管式冷凝器外型*weisean氣態(tài)制冷劑從中上部進入，很好地沖刷鋼管外表面，使之不致于形成較厚的液膜，提高傳熱系數(shù)；冷卻水溫升2～4℃，換熱系數(shù)約700～800W/（m2·℃），換熱管長約4～5m。立式殼管式冷凝器適用于水源充足、水質較差的地區(qū)，常用于大、中型氨制冷系統(tǒng)中

立式殼管式冷凝器的特點*73weisean垂直安裝，占地面積小；無凍結危險，可安裝在室外，不占用室內建筑面積；換熱管是直管，便于清除鐵銹和污垢，且清洗時不必停止系統(tǒng)的運行，對冷卻水水質要求不高。冷卻水用量大；制冷劑泄漏不易發(fā)現(xiàn)；體型比較笨重。立式殼管式冷凝器的優(yōu)、缺點*74weisean臥式殼管式冷凝器結構及工作原理*75weisean兩流程和四流程端蓋內側圖*76臥式殼管式冷凝器外形*77weisean氟利昂臥式殼管式冷凝器1－端蓋2－進氣管3－殼體4—傳熱管5－管板6－密封橡膠7－緊固螺釘8－出液管口9－支座78氟利昂臥式殼管式冷凝器*冷卻水的行程較長，流速高，水側的換熱系數(shù)大；提高冷卻水進出口的溫差，減少冷卻水用量；氨系統(tǒng)用光滑鋼管；氟利昂系統(tǒng)采用低肋銅管，強化氟利昂側的冷凝放熱。臥式殼管式冷凝器的特點*80weisean冷卻水溫升：4～6℃氨系統(tǒng)：冷卻水流速0.5～1.5m/s，傳熱溫差5℃，換熱系數(shù)700～900W/（m2℃），單位面積熱負荷1071～5234W/m2；氟系統(tǒng)：冷卻水流速1.8～3.0m/s，傳熱溫差7℃，換熱系數(shù)900～1600W/（m2℃）臥式殼管式冷凝器的特點*81weisean冷卻水流速高，傳熱系數(shù)較立式高；結構緊湊，占地面積較?。焕鋮s水溫升較大，冷卻水耗用量較少。冷卻水阻力較大；清洗不方便，要求冷卻水水質較好。

臥式殼管式冷凝器的優(yōu)缺點*82weisean2、套管式冷凝器*83weisean結構及工作原理*84weisean氟利昂套管式冷凝器*85weisean氨套管式再冷器*86weisean內管中冷卻水下進上出，外套管內高壓氣態(tài)制冷劑上進下出，為逆流式換熱，傳熱效果好，傳熱系數(shù)1100W/m2·℃左右；套管式冷凝器的特點*87weisean

結構緊湊，制造簡單，價格便宜、傳熱特性好；冷凝液體過冷度大；冷卻水耗量較少。制冷劑側和冷卻水側阻力都較大清洗不方便，要求冷卻水水質好；單位體積換熱面積?。s20m2/m3，殼管式為100～200m2/m3）。套管式冷凝器的優(yōu)點*88weisean與殼管式冷凝器比較，螺旋板式冷凝器不但體積小、重量輕，而且傳熱系數(shù)高。主要缺點：不適用于高壓，內部不易清洗和檢修，只能利用軟化水或中等硬度的冷卻水。3、螺旋板式冷凝器*89weisean螺旋管式冷凝器*

板式冷凝器

*91weisean吸入式壓送式1、蒸發(fā)式冷凝器2.3蒸發(fā)式冷凝器和淋水式冷凝器*蒸發(fā)式冷凝器實物圖*94weisean水預冷型蒸發(fā)式冷凝器通過循環(huán)水預先冷卻可將換熱盤管面積減少5～15%，但要增加預冷填料、風道等設施，使設備體積增大。此蒸發(fā)式冷凝器的操作原理和冷卻塔基本相似。

填料型（水預冷型）蒸發(fā)式冷凝器*與水預冷型蒸發(fā)式冷凝器相比，由于冷凝、換熱盤管還要肩負著對未汽化的滴落下來的水的冷卻作用，換熱盤管面積需要稍大一些。但由于減少了預冷填料、風道等設施，整個設備體積相對小巧一些，綜合看兩者制造成本基本一致。逆流型蒸發(fā)式冷凝器*96weisean帶翅片預冷器的蒸發(fā)式冷凝器該蒸發(fā)式冷凝器的顯著特點是高溫工質在進入盤管組件前，先通過翅片部件利用從盤管和熱交換器中排出的濕空氣排入大氣前對其進行大風量、大溫差的冷卻，使翅片管內的高溫工質得到預冷后進入蒸發(fā)式冷凝器進行常規(guī)冷卻和冷凝。橢圓形管和圓管的比較橢圓形盤管和圓管相比由于能增大外表面濕周，避免形成局部干點，目前已在國內生產(chǎn)廠家得到普遍應用。循環(huán)水量比水冷式少得多（只有水冷冷凝器的5％～10％），補水量少（只有水冷冷凝器的1/50～1/25），適合于缺水和氣候干燥地區(qū)使用；風機流量小（不到風冷冷凝器的50％）；換熱量受濕球溫度影響很大，氣候越干燥效果越好；吸入式蒸發(fā)式冷凝器氣流均勻地經(jīng)過冷凝盤管，傳熱效果比壓送式好，但風機在高溫高濕下運行，易發(fā)生故障；水泵功率小，節(jié)省運行費用；初投資高。冷卻水不斷循環(huán)使用，水垢層增長較快，需要使用經(jīng)過軟化處理的水。蒸發(fā)式冷凝器的特點*99weisean注意：進口空氣的濕球溫度ts1與當?shù)貧庀髼l件有關風量配備與ts1有關。ts1越高則所要求的送風量就越大，送風耗能也越多。所以送風量的配備應從節(jié)能和性能要求兩方面綜合考慮水量配備以保證潤濕全部換熱表面為原則。隨意增大配水量會造成水泵功耗上升，水的飛散損失增大，運行成本提高。蒸發(fā)式冷凝器的特點*100weisean蒸發(fā)式冷凝器在實際應用中的問題

1、噴頭堵塞，引起冷凝管組沒有被均勻潤濕，使冷凝壓力升高，需要經(jīng)常清洗。2、管組結垢：配置先進的電子水除垢儀，另外還可通過控制循環(huán)水使用周期，以及排污來控制雜質的積聚。3、水量的合理分布問題4、腐蝕問題*101weisean2、淋水式冷凝器*102weisean2、淋水式冷凝器通常采用水平盤管的型式一般是露天布置而且常裝在冷卻水塔的下面缺點：占地面積大,金屬耗量大,目前生產(chǎn)和使用較少。*第三節(jié)冷凝器的設計計算

設計計算：根據(jù)已知條件確定冷凝器的換熱面積和結構尺寸（或選擇冷凝器）；校核計算：給定冷凝器的型式和結構尺寸及其工作條件，較核散熱量。

冷凝器的傳熱計算*105weisean冷凝器的傳熱計算公式：

先確定其他參數(shù)，求A？冷凝器的設計計算*106weisean開啟式壓縮機

全封閉式壓縮機

冷凝器的熱負荷*107weisean風冷氣缸水冷氣缸開啟式壓縮機φ的確定*108weisean制冷劑無過冷制冷劑有過冷1-蒸氣冷卻2-冷凝3-液態(tài)制冷劑過冷4-冷卻水升溫一般將冷凝溫度作為制冷劑的溫度冷凝器中制冷劑的溫度*109weiseanm制冷劑和冷卻劑之間的平均對數(shù)傳熱溫差*110weisean冷卻劑進口溫度由當?shù)貧庀髼l件或水源條件確定；

冷卻劑出口溫度和冷凝溫度的決定涉及經(jīng)濟問題，設計大型制冷系統(tǒng)時，應作技術經(jīng)濟比較。

冷凝溫度和冷卻劑進出口溫度的確定*111weisean冷凝溫度越低，制冷系數(shù)越大，壓縮機耗功越小，減少運行費用；冷卻劑進出口溫差越大，所需要的冷卻劑流量越少，可以減低運輸送能耗。但溫差大，造成冷凝溫度升高，壓縮機功耗增加；

冷凝溫度必須高于冷卻劑出口溫度；負荷一定時，傳熱平均溫差越大，所需要的傳熱面積越小，冷凝器的初投資低；合理匹配，但以壓縮機運行費用為主。冷凝溫度和冷卻劑進出口溫度的確定*112weisean立式殼管式：進出水2～4℃，傳熱平均溫差5～7℃其它型式：進出水4～10℃，端部最大溫差（tk－t1）7～14℃，水冷式冷凝器溫差的取值*113weisean空氣進出口溫差小于8℃；冷凝溫度與空氣進口最大傳熱溫差10～16℃。風冷式冷凝器溫差的取值*114weisean冷卻劑質量流量*115weisean冷凝器型式Kc(W/m2K)ψ（W/m2）△tm（K）立式殼管式（氨）臥室殼管式（氨（氟利昂）風冷冷凝器蒸發(fā)式冷凝器套管式冷凝器700～800800～1000700～150025～35500～7501000～12003500～45004500～60003500～7000250～3501500～28004000～60005～75～75～78～123～44～6各種冷凝器的熱力性能*116weisean已知制冷量：60kW，制冷劑R22，t0＝2℃，t1＝32℃，傳熱管用紫銅肋管，λf＝384W/mK，d0＝13.124mm，di＝11.11mm，肋片外徑df＝15.8mm，肋厚δt＝0.232mm，δ0＝0.368mm，平均肋厚δf＝0.30mm，肋節(jié)距e＝1.025mm，設計臥式殼管式冷凝器。

解：由，熱負荷、傳熱溫差、假設換熱系數(shù)或熱流密度、傳熱面積、換熱管總長度、冷凝器結構形式，計算實際換熱系數(shù)*117weisean熱負荷傳熱溫差假設：熱流密度為6000W/m2，傳熱面積、換熱管長度初步設計冷凝器結構計算實際換熱系數(shù)實際的傳熱面積實際的冷凝器結構*118weisean肋管特性參數(shù)計算

肋管水平面積

肋管垂直面積總外表面積

肋化系數(shù)

肋片當量高度

基管平均表面積

*119weisean傳熱溫差

已知t1＝32，取t2－t1＝5，則t2＝37，取tk－t2＝5，

*120weisean冷凝熱負荷1.2273200*121weisean初步設計冷凝器結構

冷卻水流量

設管內水流速為2.5m/s，

每一流程管子根數(shù)：514.45*122weisean換熱管長度

肋管特性參數(shù)計算

換熱管長度

*123weisean殼管式冷凝器，管子在管板上按正三角形排列，管間距S＝1.25～1.5d0，取S1＝20mm，則S＝1.52d0，一般冷凝器的L/D＝3～8，Z＝3～6，初步設計v＝2.5m/s，z＝5，n＝2，L＝2.65m*124weisean計算實際換熱系數(shù)

冷卻水側的放熱系數(shù)

制冷劑側的放熱系數(shù)

實際換熱系數(shù)

*125weisean空冷式冷凝器的設計計算

熱負荷傳熱溫差假設：熱流密度為200～300W/m2，估計傳熱面積、換熱管長度：

*126weisean初步設計冷凝器結構冷空氣流量、管子排數(shù)、每排管子根數(shù)、每根管長度冷凝器迎風面積、凈流通面積凈通道面積流速

*127weisean計算實際換熱系數(shù)實際的傳熱面積實際冷凝器結構空氣側阻力

*128weisean冷凝器選擇計算

傳熱溫差傳熱面積計算換熱系數(shù)校核換熱量

*129weisean第四節(jié)蒸發(fā)器的結構形式*130weisean干式蒸發(fā)器再循環(huán)式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器

蒸發(fā)器按其冷卻的介質不同分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。根據(jù)制冷劑在蒸發(fā)器的充滿程度及蒸發(fā)情況不同，分為：蒸發(fā)器的類型*131weisean干式蒸發(fā)器是一種制冷劑液體在傳熱管內能夠完全氣化的蒸發(fā)器。其傳熱管外的被冷卻介質是載冷劑（水）或空氣，制冷劑則在管內吸熱蒸發(fā)，一般流速約為4m/s。增加制冷劑的流量，可增加制冷劑液體在管內的濕潤面積。同時其進出口處的壓差隨流動阻力增大而增加，以至使制冷系數(shù)降低。干式蒸發(fā)器（非滿液式蒸發(fā)器）*132weisean干式蒸發(fā)器按其被冷卻介質的不同分為：冷卻液體介質型冷卻空氣介質型干式蒸發(fā)器干式蒸發(fā)器的類型*133weisean多路干式蒸發(fā)器中制冷劑的分配及肋片管形式a）蒸發(fā)器總圖b）繞片管c）套片管

1-傳熱管；2-肋片；3-擋板；4-通風機；5-回氣集管；6-分液器*134weisean典型分液器

*135weisean直管式干式殼管式蒸發(fā)器*136weisean*137weiseanU形管式短圓缺和長圓缺形折流板*U形管式干式殼管式蒸發(fā)器*139weisean*140weiseanU形管式蒸發(fā)器的特點管板彎好之后再套進去，能拉出來進行清洗；可以消除熱應力（材料膨脹引起）；各流程的制冷劑不會混合，發(fā)生短路；只有兩個流程，不適用光管，只能用內肋管；由于彎管半徑不一樣，要很多模具、制造復雜；如果發(fā)生管子泄露、修理困難。*141weisean能保證進入制冷系統(tǒng)的潤滑油返回壓縮機；所需要的制冷劑充注量較小，僅為同能力滿液式蒸發(fā)器的1/3；用于冷卻水時，即使蒸發(fā)溫度達到0℃，也不會發(fā)生凍結事故；可采用熱力膨脹閥供液，這比滿液式的浮球閥供液更加可靠。

干式殼管式蒸發(fā)器的特點*142weisean

板式換熱器早在一百多年前就已問世，直到近二十幾年隨著加工工藝水平的提高，出現(xiàn)了無墊片全焊接的板式換熱器，才使得這種高效換熱器在制冷裝置中得以應用。板式換熱器一般作為冷凝器、蒸發(fā)器或冷卻器等，在制冷及空調用冷水機組中的應用相當普遍。

板式換熱器的結構及工作原理*143weisean1-進出口接管2-傳熱板片3-封板板式換熱器的結構及工作原理*144weisean水冷媒板片通道面板板式換熱器中的換熱板式換熱器的結構及工作原理*1451．固定壓緊板

2．連接口

3．墊片

4．板片

5．活動壓緊板

6．下導桿

7．上導桿

8．夾緊螺栓

9．支柱組裝式板式換熱器

板式換熱器的結構及工作原理*146板式換熱器的結構及工作原理*147weisean板式換熱器的板片形式*148weisean人字形板片板式換熱器的板片形式*149整體釬焊板式換熱器外形*150weisean*151組裝板式換熱器外形*釬焊板式熱交換器*153weisean

傳熱系數(shù)高：2000～3000W/m2℃；液—液式板式換熱器高達2500～7000W/m2℃；單位體積的換熱面積大：約250m2/m3；金屬耗量?。s15kg/m2）結構緊湊，體積?。贿m應性大。承受壓力有限；冷卻水阻力大，水垢不易清洗；要求冷卻水水質好。

板式換熱器的特點*154weisean這類蒸發(fā)器按空氣的運動狀態(tài)分有自然對流式空氣冷卻器和強制對流式空氣冷卻器兩種型式。

自然對流式空氣冷卻器：由于被冷卻空氣呈自然對流狀態(tài)，其傳熱系數(shù)較低。所以這種蒸發(fā)器被制成光管蛇形管管組，通常稱做冷卻排管。一般用于冰箱、冷柜、冷藏車、冷藏庫和低溫試驗裝置中。冷卻空氣型干式蒸發(fā)器（直接蒸發(fā)式）*155weisean自然對流式空氣冷卻器*成型板模壓的板面式蒸發(fā)器管子和板面形成的板面式蒸發(fā)器

鋁復合板吹脹式蒸發(fā)器

在冰箱中使用較普遍，預先以鋁-鋅-鋁三層金屬板，按蒸發(fā)器所需尺寸裁剪好，平放在刻有管路通道的模具上，通過加壓、加熱并以氮氣吹脹成形。一般冰箱的管板式蒸發(fā)器，其肋化系數(shù)在3.5～4.5之間，而吹脹式蒸

鋁復合板吹脹式蒸發(fā)器的肋化系數(shù)在4.5～6.0之間。它們的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)依照經(jīng)驗數(shù)據(jù)取11～14W/（㎡·K）之間（未結霜狀態(tài)）。*158weisean冷卻排管具有存液量少，其充液量約為排管內容積的40%左右，操作維護方便等優(yōu)點。但存在管內制冷劑流動阻力大，蒸發(fā)后的蒸氣不易排出。同時由于管外空氣為自由運動，傳熱系數(shù)較低，一般在6.3~8.1W（m2·K）范圍。自然對流式空氣冷卻器的特點*159weisean強制對流式空氣冷卻器又稱冷風機。由于光管式空氣冷卻器傳熱系數(shù)很低，為加強空氣側的換熱，往往需要在管外設置肋片以提高傳熱系數(shù)值。但是在一般情況下，設置肋管后因片距較小會引起較大的流動阻力，必須采取措施強制空氣以一定的流速通過肋片管族，以便于獲得較好的換熱效果。

強制對流式空氣冷卻器*160weisean

這種蒸發(fā)器具有結構緊湊，傳熱效果好，可以改變空氣的含濕量，應用范圍廣。但從制造工藝要求分析，肋片與傳熱管的緊密接觸是提高其傳熱效果的關鍵。強制對流式空氣冷卻器的特點*161weisean

這種蒸發(fā)器中，制冷劑在其管內反復循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全氣化，故稱做循環(huán)式蒸發(fā)器。循環(huán)式蒸發(fā)器多應用于大型的液泵供液和重力供液冷庫系統(tǒng)或低溫環(huán)境試驗裝置。循環(huán)式蒸發(fā)器的優(yōu)點在于蒸發(fā)器管道內表面能始終完全潤濕，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很高。但體積較大，制冷劑充注量較多。再循環(huán)式蒸發(fā)器*162weisean*163weisean水箱式蒸發(fā)器可由平行直管或螺旋管組成（又稱為立式蒸發(fā)器）。蒸發(fā)器沉浸在液體載冷劑中工作，由于攪拌器的作用，液體載冷劑在水箱內循環(huán)流動，以增強傳熱效果。制冷劑液體在管內蒸發(fā)吸熱，使管外載冷劑降溫。類型：結構形式與臥式殼管式冷凝器相近。特點：在蒸發(fā)器內充滿了液態(tài)制冷劑，運行中吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸氣不斷地從液體中分離出來。由于制冷劑與傳熱面充分接觸，具有較大的換熱系數(shù)。但不足之處是制冷劑充注量大，液柱靜壓會給蒸發(fā)溫度造成不良影響。滿液式蒸發(fā)器*166weisean制冷劑在管外蒸發(fā)；載冷劑在管內流動，一般為多流程式；載冷劑的進出口設在端蓋上，取下進上出走向。制冷劑液體從殼體底部或側面進入殼內，蒸氣由上部引出后返回到壓縮機；殼內制冷劑始終保持約為殼徑70%~80%的靜液面高度。

特點：臥式殼管式滿液蒸發(fā)器*167weisean臥式殼管式滿液蒸發(fā)器*168weisean應注意以下問題：1）以水為載冷劑，其蒸發(fā)溫度降低到0℃以下時，管內可能會結冰，嚴重時會導致傳熱管脹裂。2）低蒸發(fā)壓力時,液體在殼體內的靜液柱會使底部溫度升高,傳熱溫差減小。3）與潤滑油互溶的制冷劑，使用滿液式蒸發(fā)器存在著回油困難。4）制冷劑充注量較大。同時不適于機器在運動條件下工作，液面搖晃會導致壓縮機沖缸事故；5）蒸發(fā)器水容量小，熱穩(wěn)定性差，水溫波動較大。臥式殼管式滿液蒸發(fā)器*169weisean第五節(jié)蒸發(fā)器的設計計算

*170weisean整體計算法將蒸發(fā)器當成一個整體，根據(jù)制冷劑和載冷劑的質量流量和進出口溫度進行計算。該方法簡單快捷，能滿足工程精度要求。分布計算法將蒸發(fā)器分為幾個區(qū)段，以上一區(qū)段的出口條件作為下一區(qū)段的進口條件，對每一區(qū)段進行計算，將全部區(qū)段疊加得到整個蒸發(fā)器的換熱情況。該法適用于計算機仿真。蒸發(fā)器的設計計算方法*171weisean采用冷凍水或鹽水的蒸發(fā)器:

蒸發(fā)溫度比冷凍水出口溫度低2～3℃，冷凍水進出口溫差為5～8℃，平均傳熱溫差約5～7℃，熱流密度為2000～3000W/m2。直接蒸發(fā)式空氣冷卻器:蒸發(fā)溫度比被冷卻空氣的出口溫度低6～8℃，平均傳熱溫差約11～13℃，熱流密度為450～500W/m2。

蒸發(fā)溫度與平均傳熱溫差*172weisean蒸發(fā)溫度越低，靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響也就越大。大氣壓力下沸點越高的制冷劑，受靜液高度的影響越大。靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響*173weisean管內制冷劑的流速越大，管內沸騰放熱系數(shù)越高，可減少傳熱溫差，提高蒸發(fā)溫度；管內制冷劑的流速越大，使得制冷劑的壓降增加，降低了壓縮機的吸氣壓力，使得壓縮機的制冷能力下降，功耗增加；存在最優(yōu)質量流速；在空調用制冷系統(tǒng)中，R134a在蒸發(fā)管內的壓降應不大于40kPa，R22不大于60kPa。制冷劑質量流速與壓降對蒸發(fā)溫度的影響*174weisean最佳制冷劑質量流速t02t0tmtvm*175weisean

其計算與冷凝器基本相同。冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)*176weisean流動型式對傳熱溫差的影響

在相同的端部溫度條件下，順流的傳熱溫差大于逆流當采用熱力膨脹閥供液時，蒸發(fā)段順流大于逆流，過熱段逆流大于順