《第四章制冷装置的换热设备(二、三、四节)-制冷技术课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章制冷装置的换热设备(二、三、四节)-制冷技术课件.ppt（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、4.1 冷凝器第四章 制冷装置的换热设备 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术F作用：将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化量。F类型：水冷；风冷；水-空气冷却（蒸发式和水淋式）；靠制冷剂或其他工艺介质进行冷却。冷凝器的作用、类型 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术冷凝器的结构 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术结构：结构：冷凝器的结构 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术结构：结构：空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第二节第二节 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程冷凝器
2、中的三个传热过程冷凝器中的三个传热过程:1.制冷剂的冷凝换热；制冷剂的冷凝换热；2.金属壁、垢层的导热；金属壁、垢层的导热；3.冷却剂的吸热过程。冷却剂的吸热过程。空调用制冷技术空调用制冷技术一、制冷剂的冷凝换热一、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（一）制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热 蒸气不流动时制冷剂的冷凝换热系数蒸气不流动时制冷剂的冷凝换热系数空调用制冷技术空调用制冷技术一、制冷剂的冷凝换热一、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（一）制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热如果被冷凝蒸气相对冷凝表面运动时与蒸气不流蒸气不流动相比，其冷凝换热系数为动相比，
3、其冷凝换热系数为(4-2)(4-2a)空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术一、制冷剂的冷凝换热一、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（一）制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热空调用制冷技术空调用制冷技术一、制冷剂的冷凝换热一、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（一）制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术冷却剂的换热冷却剂的换热空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术冷却剂的换热冷却剂的换热空调用制冷技术空调用制冷技术冷却剂的换热冷却剂的换热空调用制冷技术空调用制冷技术空调用
4、制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第二节冷凝器中传热过程第二节冷凝器中传热过程一、制冷剂的冷凝换热一、制冷剂的冷凝换热:F制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热（公式制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热（公式4-1,4-1,4-2 4-2a 4-2 4-2a）；）；F水平管束上的冷凝（公式水平管束上的冷凝（公式4-34-3）；）；F水平肋管表面的冷凝（公式水平肋管表面的冷凝（公式4-54-5）；）；F水平管内的冷凝（公式水平管内的冷凝（公式4-74-7，8 8，9 9）。）。空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术冷凝器传热过程冷凝器传热过程2.冷却剂的换热：冷却剂的换热
5、：F冷却水冷却水 冷却水在管内的对流换热（公式冷却水在管内的对流换热（公式4-4-10 10，1212）；）；冷却水在管外的对流换热（公式冷却水在管外的对流换热（公式4-4-13 13，1414）；）；F空气（公式空气（公式4-154-15，1616，1717）。）。冷凝器传热过程管壁与垢层的热阻：F管壁热阻；F油膜热阻；F污垢热阻：水垢、锈蚀以及其他污垢造成的 加热阻；F接触热阻。空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算1）基本传热方程式：2）传热面积：3）水冷式的冷却水流量：空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算冷凝器的
6、选择计算包括：（1）.确定冷凝器面积，根据样本选择冷凝器型号；（2）.确定冷却剂（水或空气）的流量及通过冷凝器的流动阻力。一、冷凝器传热面积k冷凝器的热负荷（W）；Kc冷凝器的传热系数（W/m2）；tm制冷剂和冷却水的对数平均温差（）；热流密度（W/m2）。只要知道了k、Kc和tm，就可以求出传热面积A。下面介绍各参数的确定方法。空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算传热平均温差tm制冷剂蒸汽进入冷凝器的换热分三个部分：过热蒸汽冷却、饱和蒸汽冷凝和冷凝液体再冷，所以冷凝器中制冷剂的温度并不是定值。但是在一般制冷设备中，冷凝器出口制
7、冷剂再冷度很小，而且冷却过热蒸汽的换热量所占比例一般也不很大，所以为了简化计算，可以认为制冷剂的温度等于冷凝温度 。因此冷凝器内制冷剂和冷却剂的平均对数传热温差为：空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算可以看出，计算传热温差 ，首先要确定制冷剂的冷凝温度 和冷却剂的进出口温度 、。分析：和 取多大值为合适？分析前提为：为定值，取决于水源温度；。运行费用上：，压缩机耗电量（每增加1，耗功率34），但 ，（-），用水量 ，水泵运转费用。反之，水泵运转费用。从设备投资上：当k一定，导致 ，传热系数K增大，冷凝面积A，投资，但 ，运转费用。空调用制冷技术空调用制冷技
8、术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算综上分析，冷凝温度 和冷却水出口温度 的确定必须从运行费用和设备投资两方面综合考虑。其参考值如下：立式壳管冷凝器：24，57；其他形式水冷凝器，端部温差：714，410空气冷凝器：1016，8 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算（4）冷却剂流量M：淡水：4.186 kJ/kg；海水：4.321；空气：1.005 空调用制冷技术空调用制冷技术第三节第三节 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算卧式壳管冷凝器设计计算方框图卧式壳管冷凝器设计计算方框图空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发
9、器种类和工作原理空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理一、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）卧式壳管蒸发器结构形式如图所示。这种蒸发器的构造与卧式壳管式冷凝器相似。流体流动方式一般是制冷剂液体在管外蒸发，载冷剂（水或盐水）在管内流动。空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理在满液式蒸发器中，由于制冷剂气化，形成大量气泡，使其液面高于静止时的液面，因此，为了避免液态制冷剂被带出蒸发器，充注的液量不应浸没全部传热面。一般氨充注高度约为筒径的7080，氟里昂产生的泡沫现象比较严重，充液高度约为筒径的5565。氨为制冷剂时，蒸发
10、器的筒体底部焊有集油罐，随制冷剂带入的润滑油由于密度较大而沉于其中，以便定期排放。特点：优点：结构紧凑，制造工艺简单，金属耗量少，传热效果好，易于安装，使用方便。氨：t56，水v11.5 m/s，K450500 W/m2k；氟：K350450 W/m2k（低肋铜管）缺点：要随时注意蒸发压力p0的变化，以免p0过低使冷却水冻结；蒸发器水容量小，水温变化较大，热稳定性差。空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理（二）水箱式蒸发器由于卧式蒸发器存在上述两个缺点，可以采用水箱式蒸发器来消除。水箱式蒸发器的外形是一个矩形箱体，箱体可由钢板焊接而成，蒸发管组就浸于水或盐水箱中。制冷剂液体在
11、管内蒸发，水或盐水在搅拌器的作用下在箱内流动，以增强传热。应用水箱式蒸发器时，载冷剂只能采用开式循环。根据水箱中蒸发管组的形式不同，水箱式蒸发器又可分为直立管式、螺旋管式及蛇管式等几种形式。空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理二、非满液式蒸发器二、非满液式蒸发器针对满液式的缺点，采用干式蒸发器（制冷剂在管内一次完全汽化）。非满液式蒸发器按照冷却介质可分为冷却液体干式蒸发器和冷却空气干式蒸发器，前者主要有干式壳管蒸发器和焊接板式蒸发器，焊接板式蒸发器从结构形式和特点上与前面所介绍的焊接板式冷凝器相似，故不再多说。（一）干
12、式壳管蒸发器（一）干式壳管蒸发器构造与满液式相似，主要区别在于：制冷剂在管内流动，被冷却液体在管外流动。所以干式壳管式蒸发器实际上就是管内蒸发的卧式壳管式蒸发器。在这种蒸发器中，制冷剂的充注量很少，大约为管组内部容积的3540，而且制冷剂在汽化过程中不存在自由液面，所以称为干式蒸发器。干式壳管蒸发器按管组的排列方式不同可分为直管式和U形管式两种，如图所示。直管式可以采用光管或具有多股螺旋形微内肋的高效蒸发管作为传热管。由于载冷剂侧的对流换热系数较高，所以一般不用外肋管。由于随着制冷剂沿流动时蒸汽含量逐渐增加，所以后一流程的管数应多于前一流程，以满足蒸发管内制冷剂湿蒸汽比容逐渐增大的需要。空调用
13、制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理优点：（1）充液量少，为管内容积的约40；（2）制冷剂在一定流速下（4 m/s），可以保证润滑油返回压缩机；（3）载冷剂在管外，冷损失小，并减少冻结的危险；（4）传热效果好。K500550。空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理（二）直接蒸发式空气冷却器（二）直接蒸发式空气冷却器冷却空气的蒸发器都是以制冷剂在管内蒸发直接冷却空气的，按照空气的运动状可以分为自然对流和强制对流两种形式。自然对流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏车、冷藏库等处。例如冷藏库多采用安装在顶棚下或墙壁的排管冷却库内空气，排管为光管或片距612 mm的肋管。采用
14、氨制冷系统时，多为满液式或循环式；采用氟系统时，多为非满液式或循环式。由于空气侧为自然对流，所以这种冷排管的传热系数很低。光管K14 W/m2k，肋片管K510 W/m2k。为增强传热，在间冷式冰箱的冷冻室、空调机组、冷藏库及除湿机等处多采用强制对流式的直接蒸发式空气冷却器。如图为空调用强制对流直接蒸发式空气冷却器构造示意图。空调用制冷技术空调用制冷技术第四节 蒸发器种类和工作原理蒸发器结构结构：结构：小粒子 空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第五节第五节 蒸发器传热过程蒸发器传热过程传热过程：传热过程：1.制冷剂侧
15、的沸腾换热；制冷剂侧的沸腾换热；2.载冷剂（液体或空气）侧的对流换热；载冷剂（液体或空气）侧的对流换热；3.金属壁与垢层的导热。金属壁与垢层的导热。空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第五节第五节 蒸发器传热过程蒸发器传热过程1.制冷剂在蒸发器内的沸腾换热：制冷剂在蒸发器内的沸腾换热：F水平管外大空间沸腾换热（如满液式卧式水平管外大空间沸腾换热（如满液式卧式 壳管蒸发器）；壳管蒸发器）；F管内沸腾换热（如水箱式蒸发器、冷却液体管内沸腾换热（如水箱式蒸发器、冷却液体 干式蒸发器干式蒸发器、直接蒸发式空气冷却器）。直接蒸发式空气冷却器）。空调用制冷技术空调用制冷技术第五节第五节
16、 蒸发器传热过程蒸发器传热过程（一）水平管外大空间沸腾换热对于光管的大空间泡态沸腾换热系数如下：（4-26）对于满液式卧式壳管蒸发器的大空间沸腾换热书中有四点说明（P108)（二）管内沸腾换热1、垂直管内沸腾换热：（4-29）2、水平管内沸腾换热水平管内平均沸腾换热：（4-30）半经验通用公式：（4-31）空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第五节第五节 蒸发器传热过程蒸发器传热过程F二、载冷剂在蒸发器中的换热二、载冷剂在蒸发器中的换热F液体载冷剂液体载冷剂;（4-324-32）F空气（考虑结露和结霜的情况）空气（考虑结露和结霜的情况）F以基管表面温度为准当蒸发器表面结露时
17、以基管表面温度为准当蒸发器表面结露时F肋片管外的对流换热系数为：肋片管外的对流换热系数为：F （4-334-33）F当蒸发器表面结霜时肋片管外的对流换热系数为：当蒸发器表面结霜时肋片管外的对流换热系数为：（4-344-34）空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术第六节第六节 蒸发器设计计算蒸发器设计计算设计计算方法：设计计算方法：F整体计算法：将蒸发器看作一个整体，根据制整体计算法：将蒸发器看作一个整体，根据制 冷剂和载冷剂的质量流量和进出口温度进行计冷剂和载冷剂的质量流量和进出口温度进行计 算；算；F分部计算法：将蒸发器分为多个区段，以上一分部计算法：将蒸发器分为多个区段，
18、以上一 区段的出口条件作为下一区段的进口条件，对区段的出口条件作为下一区段的进口条件，对 每一区段进行计算，将全部区段叠加就可以求每一区段进行计算，将全部区段叠加就可以求 整个蒸发器的换热情况。整个蒸发器的换热情况。空调用制冷技术空调用制冷技术第六节第六节 蒸发器设计计算蒸发器设计计算蒸发器的选择计算计算任务：决定所需要的传热面积，选出定型结构的蒸发器。一、耗冷量00是选择制冷设备的主要依据。0（1234）1围护结构耗冷量；2被冷却物体的热量；3开门和通风换气时的耗冷量；4运行管理耗冷量（包括电机、照明以及操作管理人员等）附加系数，考虑制冷设备和低温管路的冷损失，一般为1.2。空调用制冷技术空
19、调用制冷技术第六节第六节 蒸发器设计计算蒸发器设计计算二、蒸发器的平均传热温差tm载冷剂进入蒸发器温度；载冷剂离开蒸发器温度；蒸发温度。式中，制冷机经济性，但tm，换热面积变小，运行费用及初投资经济性，所以 有一个优化值，如下：被冷却的为水或盐水时：=58，23，tm57，20003000。被冷却的为空气时：68，tm1113，450500 W/m2。空调用制冷技术空调用制冷技术第六节第六节 蒸发器设计计算蒸发器设计计算但是要注意的是，蒸发温度 并非定值，它要受到静液高度和流动阻力的影响。（一）静液高度的影响对于满液式壳管蒸发器和水箱式蒸发器来说，由于其中液态制冷剂有一定高度，因此下部制冷剂的
20、压力较大，相对应的蒸发温度较高。两者，不同制冷剂，液面蒸发温度不同，受静液高度影响的程度也不同。如表4-9所示：从表中数据可以看出，蒸发温度越低，静液高度对蒸发温度的影响越大；大气压力下沸点越高的制冷剂，受静液高度的影响越大。因此，对于低温蒸发器和制冷剂蒸发压力很低的蒸发器来说，必须设计成具有较低的静液高度。空调用制冷技术空调用制冷技术第六节第六节 蒸发器设计计算蒸发器设计计算（二）制冷剂质量流速和压力降的影响对于制冷剂在管内蒸发的干式壳管式蒸发器和直接蒸发式空气冷却器，管内制冷剂的流速或质量流速vm越大，管内沸腾换热系数就越高，可以减小传热温差，提高蒸发温度；但是，流速的加大，必将引起传热管
21、内制冷剂压力降的增加，致使蒸发器出口处制冷剂压力更加低于入口处的压力，相对应的蒸发温度t02大大低于t01，致使制冷压缩机吸气压力降低，压缩机制冷能力下降，能耗增加。因此，必然存在最优质量流速。（参见表4-10）三、传热系数蒸发器传热系数参见表4-11空调用制冷技术空调用制冷技术第七节第七节 其它换热设备其它换热设备一、再冷却器作用：使冷凝后的液态制冷剂达到一定的再冷度，以减小节流损失，提高制冷能力和有利于液态制冷剂输送。空调用制冷技术空调用制冷技术第七节第七节 其它换热设备其它换热设备二、回热器回热器是指氟里昂制冷装置中使节流装置前制冷剂液体与蒸发器出口制冷剂蒸汽进行换热的气液热交换器。作用
22、：（1）对于R12、R134a和R502等，通过回热提高制冷剂装置的制冷系数；（2）使得节流装置前制冷剂液体再冷；（3）使蒸发器出口制冷剂蒸汽中夹带的液体气化，以提高制冷压缩机的效率和防止压缩机液击。空调用制冷技术空调用制冷技术第七节第七节 其它换热设备其它换热设备三、中间冷却器中间冷却器用于双级压缩制冷装置，它的结构随循环的形式而有所不同。双级压缩氨制冷装置采用中间完全冷却，所以其中间冷却器用来同时冷却高压氨液及低压压缩机排出的氨气。氨中间冷却器结构如图。空调用制冷技术空调用制冷技术第七节第七节 其它换热设备其它换热设备四、冷凝蒸发器冷凝蒸发器用于复叠式制冷装置，它是利用高温级制冷剂制取的冷量，使低温级压缩机排出的气态制冷剂冷凝，既是高温级循环的蒸发器，又是低温级循环的冷凝器。常用的结构形式有套管式、绕管式和壳管式。空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术空调用制冷技术