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影响制冷剂液体沸腾换热的因素

tmgcs5楼主
1楼2016-11-2311:14


  在蒸发器中,被冷却介质的热量是通过传热壁传给制冷剂,使液体制冷剂吸热汽化。制冷剂在蒸发器中发生的物态变化,实际上是沸腾过程,习惯上称其为蒸发。蒸发器内的传热效果也象冷凝器二样,受到制冷剂侧的换热系数、传热表面污垢物的热阻及被冷却介质侧的换热系数等因素的影响。


一、制冷剂液体物理性质的影响


  制冷剂液体的热导率、密度、粘度和表面张力等有关物理性质,对沸腾换热系数有直接的影响。

  热导率较大的制冷剂,在传热方向的热阻就小,其沸腾换热系数就大。

  蒸发器在正常工作条件下,蒸发器内制冷剂与传热壁面的温差,一般仅有2~5℃,其对流换热的强烈程度,取决于制冷剂液体在汽化过程中的对流运动程度。沸腾过程中,气泡在液体内部的运动,使液体受到扰动,这就增加了液体各部分与传热壁面接触的可能性,使液体从传热壁面吸热更为容易,沸腾过程更为迅速。密度和粘度较小的制冷剂液体,受到这种扰动就较强,其对流换热系数就越大。


  制冷剂液体的密度及表面张力越大,汽化过程中气泡的直径就较大,气泡从生成到离开传热壁面的时间就越长,单位时间内产生的气泡就少,换热系数也就小。

  一般来说,氟利昂的热导率比氨的小,密度、粘度和表面张力都比氨的大,因此其沸腾换热系数比氨的小。


二、制冷剂液体润湿能力的影响


  如果制冷剂液体对传热表面的润湿能力强,则沸腾过程中生成的气泡具有细小的根部,能够迅速地脱离传热表面,换热系数也就较大。相反,若制冷剂液体不能很好地润湿传热表面,则形成的气泡根部很大,减少了汽化核心的数目,甚至沿传热表面形成气膜,使换热系数显著降低。

  常用的几种制冷剂均为润湿性的液体,但氨的润湿能力要比氟利昂的强得多。


三、制冷剂沸腾温度的影响


  制冷剂液体沸腾过程中,蒸发器传热壁面上单位时间生成的气泡数目越多,则沸腾换热系数越大。单位时间内生成的气泡数目,与气泡生成到离开传热壁面的时间长短有关,这个时间越短,则单位时间内生成气泡数目越多。此外,如果气泡离开壁面时的直径越小,则气泡从生成到离开的时间将越短。


  气泡离开壁面时,其直径的大小是由气泡的浮力及液体表面张力的平衡来决定的。浮力促使气泡离开壁面,而液体表面张力则阻止气泡离开。气泡的浮力和液体表面张力,又受饱和温度下密度差(液体和蒸气的密度差)的影响。气泡的浮力和密度差成正比。液体的表面张力与密度差的四次方成正比。


  所以,随着密度差的增大,液体表面张力的增大速度,比气泡浮力的增大速度大得多,这时气泡只能依靠体积的膨胀来维持平衡,因此气泡离开壁面时的直径就大。密度差的大小与沸腾温度有关,沸腾温度越高,饱和温度下的密度差越小,汽化过程就会更迅速,换热系数就更大。


  上面说明了在同一个蒸发器中,使用同一种制冷剂时,其换热系数随着沸腾温度的升高而增大。


四、蒸发器构造的影响


  液体沸腾过程中,气泡只能在传热表面上产生,蒸发器的有效传热面是与制冷剂液体相接触的部分。所以,沸腾换热系数的大小与蒸发器的构造有关。实验结果表明,肋片管上的沸腾换热系数大于光管,而且管束上的大于单管的。这是由于加肋片以后,在饱和温度与单位面积热负荷相同的条件下,气泡生成与增长的条件,肋片管比光管有利。由于汽化核心数的增加和气泡增大速度的降低,使得气泡很容易脱离传热壁面。实验结果还表明,肋片管束的沸腾换热系数大于光管管束的。有资料介绍,在相同的饱和温度下,Rl2在肋片管管束的沸腾换热系数比光管管束大70%,而R22的大90%。


  根据以上分析,蒸发器的结构应该保证制冷剂蒸气能很快地脱离传热表面。为了有效地利用传热面,应将液体制冷剂节流后产生的蒸气,在进入蒸发器前就从液体中分离出来,而且在操作管理中,蒸发器应该保持合理的制冷剂液体流量。


  此外,制冷剂中含油,对沸腾换热系数也有一定影响,而且其影响程度与含油浓度有关。一般说,当制冷剂含油浓度不大于6%时,可不考虑这项影响,含油量更大时,会使沸腾换热系数降低。


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  • awsunsong 2楼
    分析得很有道理,学习了!
    2016-11-23 13:29
  • mozhixun123 3楼
    看来事无巨细。在整个制冷系统有太多可以研究的东西。赞一个!
    2016-11-23 16:13
  • wyxdgz 4楼
    谢谢楼主分享
    2016-12-4 14:17

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