第二讲冷凝器与蒸发器.ppt

第二讲 冷凝器和蒸发器 3 5 20202008 1 1 2 蒸发器和冷凝器的重要性 制冷系统四大部件之间中的两大部件吸热设备 蒸发器 放热设备 冷凝器 制冷系统换热器的特殊性工作压力和温度范围比较窄介质间的传热温差小阻力特性在系统中的作用非常明显换热器与压缩机需要匹配 3 5 20202008 1 1 3 本讲的主要内容 介绍冷凝器与蒸发器的种类 形式 结构 适用范围明确换热器设计的基本思想和需要注意的问题传热温差 换热面积 空气与水流速选择 主要热阻 管内外换热系数的计算公式 压力损失 最佳流速的确定 认真看书 了解换热器的热力计算方法 课堂上不讲 3 5 20202008 1 1 4 一 冷凝器的种类和工作原理 水冷冷凝器卧式壳管冷凝器立式壳管冷凝器套管式冷凝器风冷冷凝器蒸发冷凝器淋水式冷凝器 3 5 20202008 1 1 5 1 水冷式冷凝器 冷却水来源冷却塔 应用最广泛深井水海水或河水特点冷凝温度低相同换热面积排热量大多用于大中型制冷机组要求有冷却水源 3 5 20202008 1 1 6 1 1卧式壳管式冷凝器 管外 制冷剂管内 冷却水材料 氨 钢光管氟利昂 低肋螺纹铜管 3 5 20202008 1 1 7 1 1卧式壳管式冷凝器 3 5 20202008 1 1 8 1 1卧式壳管式冷凝器的特点 使用最广泛 多用于大 中 小型制冷机组 结构紧凑冷媒为氨或氟利昂传热系数高水侧多管程 冷却水温升一般为4 6 冷却水耗量少对冷却水水质要求高 清洗不方便水侧流动阻力大 3 5 20202008 1 1 9 1 2立式壳管冷凝器 管外 制冷剂管内 冷却水布水器广泛用于氨制冷系统进气管出液管放空气管平衡管放油管安全阀 3 5 20202008 1 1 10 1 2立式壳管式冷凝器的特点 一般用于大 中型氨制冷系统传热系数低于卧式 传热温差4 6 可安装在室外容易清水垢 故对冷却水水质要求不高占地面积小 但体积大冷却水耗量大 冷却水温升2 3 需要高的操作平台 3 5 20202008 1 1 11 1 3套管式冷凝器 外套管为55mm无缝钢管 内套管为铜管外套管 冷却水内套管 制冷剂外套管 制冷剂内套管 冷却水 广泛采用 3 5 20202008 1 1 12 1 3套管式冷凝器 管材材料 3 5 20202008 1 1 13 1 3套管式冷凝器的特点 多用于冷量小于25kW的氟利昂制冷机组传热效果好结构简单 易加工可套在全封闭压缩机上 结构紧凑冷却水流动阻力大金属耗量大 3 5 20202008 1 1 14 1 4水冷式冷凝器的传热温差 3 5 20202008 1 1 15 2 风冷式冷凝器 3 5 20202008 1 1 16 2 风冷式冷凝器 3 5 20202008 1 1 17 2 风冷式冷凝器 3 5 20202008 1 1 18 2 风冷式冷凝器的特点 适用于中 小型氟利昂制冷机组 缺水环境和汽车空调传热系数低 传热温差大气温高时冷凝压力高不需要配冷却水系统露天布置 不需要机房翅片清洗不便 3 5 20202008 1 1 19 2 风冷式冷凝器的传热温差 3 5 20202008 1 1 20 3 蒸发式冷凝器 3 5 20202008 1 1 21 3 蒸发式冷凝器 3 5 20202008 1 1 22 3 蒸发式冷凝器 小型机组的室外机 在喷水冷却系统的应用举例 3 5 20202008 1 1 23 3 蒸发式冷凝器的特点 兼备水冷式和风冷式的优点 适用于中 小型氨和氟利昂制冷机组传热系数比较高 冷凝温度低耗水量少露天布置 不需要机房造价高清洗 维修均较麻烦 3 5 20202008 1 1 24 3 蒸发式冷凝器的传热温差 3 5 20202008 1 1 25 二 冷凝器的热工性能1 不同冷凝器的传热性能比较 3 5 20202008 1 1 26 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 1机理制冷剂侧凝结换热冷却介质侧风冷 水冷式 对流换热蒸发冷凝式 蒸发换热 3 5 20202008 1 1 27 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 2冷却介质侧冷却介质流速流速高 换热增强 减少积垢流速低 流动阻力小 泵 风扇能耗小最佳流速水 0 8 1 2m s 氨 2 5m s 氟利昂 空气 2 4m s 再大起不了作用 冷却介质传热面积垢水冷式 水垢 锈蚀风冷式 灰尘 锈蚀 3 5 20202008 1 1 28 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 3制冷剂侧流态 过热蒸汽 饱和蒸汽 两相 饱和液态 过冷液 3 5 20202008 1 1 29 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 3制冷剂侧凝结形式膜状凝结 换热系数小珠状凝结 换热系数大立式冷凝器下部液膜增厚 传热系数降低冷凝壁面的表面状态壁面粗糙会使液膜积聚变厚 热阻增大 3 5 20202008 1 1 30 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 3制冷剂侧传热面油膜的影响氨冷凝器会沉积润滑油膜不凝气体的影响制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时 聚集的气膜和降低传热系数 3 5 20202008 1 1 31 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 4冷凝器热阻的大致分配R总 R介质 R管壁 R制冷剂 R污垢R总 卧0 0008立0 0013套管0 0009风冷0 036蒸发0 0014冷却介质侧水冷式冷凝器R污垢 0 00018 0 0005风冷式冷凝器R污垢 0 0001 0 0003制冷剂侧氨冷凝器R污垢 0 00035 0 0006 3 5 20202008 1 1 32 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 4冷凝器热阻的大致比例 3 5 20202008 1 1 33 3 冷凝器设计的要点 首先根据当地条件确定采用冷凝器的类型总换热面积应满足最大负荷要求并有裕量冷凝器台数一般应与压缩机对应技术经济比较大 中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝器 冷却塔基本相等 但运行费低维护费蒸发式冷凝器最高 3 5 20202008 1 1 34 3 冷凝器设计的要点 冷凝器的排热量有多少 冷凝器排热量 压缩机散热量 蒸发器吸热 压缩机指示功率 1 1 COP 蒸发器吸热压缩机散热量是多少 开启式压缩机风冷式散热少水冷式散热多封闭式压缩机 散热量大于开启式 3 5 20202008 1 1 35 三 蒸发器的种类 冷水器 cooler 以水作载冷剂壳管式满液式干式水箱式直接蒸发器 直接冷却空气强制通风式自然对流式 3 5 20202008 1 1 36 3 1满液式壳管蒸发器 管外 制冷剂管内 冷冻水 液面高度70 80 3 5 20202008 1 1 37 3 1满液式壳管蒸发器的特点 广泛用于氨制冷系统 也可用于氟利昂系统结构紧凑 占地面积小载冷剂可采用闭式循环 可采用易挥发的载冷剂易积油载冷剂易发生冻结 3 5 20202008 1 1 38 3 2干式蒸发器的流程 管内 制冷剂管外 冷冻水 3 5 20202008 1 1 39 3 2干式壳管蒸发器 管内 制冷剂管外 冷冻水 3 5 20202008 1 1 40 3 2干式壳管蒸发器 3 5 20202008 1 1 41 3 2干式壳管蒸发器 3 5 20202008 1 1 42 3 2干式壳管蒸发器的特点 适用于氟利昂系统 易于带油 结构紧凑 可用于冷水机组载冷剂不易冻结制冷剂充注量少 系统可不设贮液器 可用热力膨胀阀供液装配工艺较复杂 3 5 20202008 1 1 43 3 3水箱式蒸发器 立管式水箱 管内 制冷剂管外 冷冻水 3 5 20202008 1 1 44 3 3水箱式蒸发器 螺旋管式水箱 管内 制冷剂管外 冷冻水 3 5 20202008 1 1 45 3 3水箱式蒸发器 盘管式水箱 管内 制冷剂管外 冷冻水 3 5 20202008 1 1 46 3 3水箱式蒸发器的特点 占地面积大 结构不紧凑 用于非整体机组的系统直立管和螺旋管式适用于氨制冷系统 盘管式适用于氟利昂系统有蓄冷能力只能使用非挥发性载冷剂易积油 3 5 20202008 1 1 47 板式蒸发器 兼顾冷凝器 3 5 20202008 1 1 48 板式蒸发器 兼顾冷凝器 广泛应用于风冷热泵机组制冷时为蒸发器 制热时为冷凝器优点 传热效率高 体积小缺点 堵塞 冻结 价格昂贵 3 5 20202008 1 1 49 3 4其它类型 Shell and CoilCooler 3 5 20202008 1 1 50 套管式蒸发器 兼顾冷凝器 普遍用于风冷热泵机组传热效率高 价格较便宜不容易堵塞 冻结体积偏大 3 5 20202008 1 1 51 3 5冷却空气的直接蒸发器 3 5 20202008 1 1 52 3 5冷却空气的直接蒸发器 3 5 20202008 1 1 53 3 5直接蒸发器的特点 适用于冷库和空调设备家用空调器组合式空调机组小型风系统户式中央空调系统不需要载冷剂 冷损失少结构紧凑控制方便 3 5 20202008 1 1 54 四 蒸发器的热工性能1 不同蒸发器的传热性能比较 图水 满液 干式 套管直接蒸发 3 5 20202008 1 1 55 2 影响蒸发器传热性能的因素 2 1机理制冷剂侧蒸发换热冷却介质侧冷水器 水或载冷剂直接蒸发式 空气 强制和自然对流 3 5 20202008 1 1 56 2 影响冷凝器传热性能的因素 2 2冷却介质侧冷却介质流速流速高 换热增强 减少积垢流速低 流动阻力小 泵 风扇能耗小最佳流速水 0 8 1 2m s 氨 2 5m s 氟利昂 空气 2 4m s冷却介质传热面积垢冷水器 水垢 锈蚀直接蒸发式 灰尘 锈蚀 3 5 20202008 1 1 57 2 影响蒸发器传热性能的因素 2 3制冷剂侧流态 两相 饱和蒸汽 过热蒸汽 3 5 20202008 1 1 58 2 影响蒸发器传热性能的因素 2 3制冷剂侧蒸发过程中的流型层状流环状流雾状流强化传热措施小径化 D9 52 D6 4 气化核心 微型沟槽蒸发器 3 5 20202008 1 1 59 2 影响蒸发器传热性能的因素 2 3制冷剂侧冷冻油氨蒸发器会沉积润滑油层需要在蒸发器底部设置放油管放油方法 用高压气体压出 3 5 20202008 1 1 60 2 影响蒸发器传热性能的因素 2 4蒸发器热阻的大致比例R总 R介质 R管壁 R制冷剂 R污垢R总 卧0 0008套管0 0009风冷0 036冷却介质侧水冷式蒸发器R污垢 0 00018 0 0005风冷式蒸发器R污垢 0 0001 0 0003制冷剂侧氨蒸发器R污垢 0 00035 0 0006 3 5 20202008 1 1 61 2 影响蒸发器传热性能的因素 3 5 20202008 1 1 62 习题1 风冷式冷凝器 铜管外径12mm 壁厚0 75mm肋化系数为15请估算总热阻以及各部分热阻的比例 并指出哪一部分的热阻是影响风冷式冷凝器传热特性的关键 参考教材p77 79 3 5 20202008 1 1 63 习题1解题要点 根据彦先生书p73公式 4 22d 写出风冷式冷凝器热组公式估计各环节换热系数或热组量级风侧 40W m2K制冷剂侧 2000W m2K管闭与肋片热阻 可计算计算热阻所占份额 确定主要热阻环节 3 5 20202008 1 1 64 Problem2 AR22systemhavingarefrigeratingcapacityof55kWoperateswithtevp 5 andrejectsheattoawater cooledcondenser Thecompressorishermeticallysealed ThecondenserhasaUvalueof450W m2Kandaheat transferareaof18m2andreceivesaflowrateofcoolingwaterof3 2kg satatemperatureof30 Whatisthecondensingtemperature 某制冷能力为55Kw的R22系统 在蒸发温度为5 下运行 向水冷冷凝器放热 已知压缩机为全封闭式 冷凝器换热系数U 450W m2K 传热面积为18m2 冷却水温度为30 流量3 2kg s 求冷凝温度为多少 3 5 20202008 1 1 65 习题2解题要点 初设Tk 确定Qc根据压焓图 确定制冷剂流量Gr 再确定Qc Gr qc根据水冷机组蒸发温度与冷凝温度的关系 如果已知 否则需要压缩机的性能曲线等 Qc Qe根据冷凝器的热平衡 求解Tk 是否满足要求如果不满足 则根据计算结果的趋势 再次修正Tk 3 5 20202008 1 1 66 Problem3 WhatistheUAvalueofadirect expansionfinnedcoilevaporatorhavingthefollowingareas refrigerantside 15m2 airsideprime 13 5m2 andair sideextended144m2 Therefrigerant