制冷与空调(第九讲)

7.蒸发式冷凝器的设计计算参数选择
冷凝温度： 1 冷凝温度： +(5 10) tk=ts1+(5～10) ℃ 式中： 式中：ts1—冷凝器入口处空气的湿球温度 冷凝器入口处空气的湿球温度 换热平均温差、 2换热平均温差、传热系数与单位面积热负荷 580-750w/m 1400Δtm 取 2-3℃ ， K 取 580-750w/m2k ， qf 取 14001800w/m 1800w/m2 3 空气量计算 当室外空气湿球温度为20 20kW冷凝热 当室外空气湿球温度为 20-28 ℃ ， 1kW 冷凝热 需要空气流量为85 160m /h； 85需要空气流量为85-160m3/h；当空气湿球温度大于 28 ℃，还要增大空气流量 4 循环喷淋水量以及补充水量 50对 应 于 1kW 冷 凝 热 ， 需 要 循 环 喷 水 量 为 5070kg/h，补充水量取循环水量的5-10% 70kg/h，补充水量取循环水量的5 10% kg/h
挡水板
制冷剂
水 泵
壳管式冷凝器中水的温升一般在4 即每kg冷却水能带走25 35kJ kg冷却水能带走25壳管式冷凝器中水的温升一般在4-8℃，即每kg冷却水能带走25-35kJ 的热量。蒸发式冷凝器每汽化1kg水可吸收2450kJ热量。 水可吸收2450kJ热量 的热量。蒸发式冷凝器每汽化1kg水可吸收2450kJ热量。 对于1KW的热负荷 循环水量约为50 70kg 水的补充量为2 的热负荷， 50- kg， kg， 对于1KW的热负荷，循环水量约为50-70kg，水的补充量为2.5-4.5kg， 空气流量为85-160m3 ， 水泵及风机的电耗约为0.017-0.026kW.h 。 因 空气流量为85-160m 水泵及风机的电耗约为0 017- 026kW. 85 kW 蒸发式冷凝器特别适用于缺水地区。 此，蒸发式冷凝器特别适用于缺水地区。 蒸发式冷凝器的鼓风机可设在盘管上部，称为“吸入式” 蒸发式冷凝器的鼓风机可设在盘管上部，称为“吸入式”，也可以在 盘管下部的侧面，称为“鼓风式” 盘管下部的侧面，称为“鼓风式”。 对吸入式，由于冷凝器盘管处于负压区，水的蒸发温度低， 对吸入式，由于冷凝器盘管处于负压区，水的蒸发温度低，传热效果 风机在潮湿条件下运行，易发生故障； 好，但风机在潮湿条件下运行，易发生故障； 鼓风式则相反，由于鼓风式的使用效果比吸入式好，因此被广泛采用。 鼓风式则相反，由于鼓风式的使用效果比吸入式好，因此被广泛采用。 蒸发式的缺点是水中的矿物质会积留在盘管表面，水垢层增长快， 蒸发式的缺点是水中的矿物质会积留在盘管表面，水垢层增长快，因 是水中的矿物质会积留在盘管表面 对水质要求高。 此，对水质要求高。
第三节
蒸发器的分类与结构
1、蒸发器的分类
冷却液体载冷剂的蒸发器 1）冷却液体载冷剂的蒸发器
壳管式：卧式、 壳管式：卧式、干式 水箱式：直立式、螺旋管式、 水箱式：直立式、螺旋管式、蛇管式
冷却空气的蒸发器 直接蒸发式） 的蒸发器（ 2）冷却空气的蒸发器（直接蒸发式）
冷却排管（自然循环） 冷却排管（自然循环） 空气冷却器（强迫循环） 空气冷却器（强迫循环）
6、冷却介质流动阻力计算（泵的压头） 冷却介质流动阻力计算（泵的压头） 冷却介质流动阻力计算
1 立式壳管式冷凝器： 立式壳管式冷凝器
由于冷却水由管道上部靠重力自流，没有泵， 由于冷却水由管道上部靠重力自流，没有泵，因此不 进行阻力计算
卧式壳管式冷凝器： 2 卧式壳管式冷凝器
由经验公式求出总流动阻力（Pa） 由经验公式求出总流动阻力（Pa）
冷凝器的选择计算
目的：根据制冷量的大小，确定冷凝器需要的传热面积， 目的：根据制冷量的大小，确定冷凝器需要的传热面积， 其计算公式如下： 其计算公式如下：
KΔt） F=Qk/（KΔt）
上式中： 上式中：Qk为冷凝器热负荷 K为冷凝器的传热系数 Δt为冷凝器中制冷剂与空气间的平均温差 Δt为冷凝器中制冷剂与空气间的平均温差 型式选择： 立式/卧式， 1、型式选择：水/风/蒸发 立式/卧式，经济性分析 冷凝器的热负荷： 2、冷凝器的热负荷： =G（ 千卡/ QK=Qo+Q1=G（h2-h4） （千卡/时） 为制冷机的制冷量， Qo为制冷机的制冷量， Q1为制冷压缩机带入的热当量 为每小时制冷剂的循环量， G为每小时制冷剂的循环量， h2,h4为冷凝器进出口制冷剂焓值
风冷冷凝器多用于小型氟里昂系统 风冷冷凝器多用于小型氟里昂系统 如冰箱、冷柜、空调机等场合。 中，如冰箱、冷柜、空调机等场合。 无论是自然对流还是强迫对流， 无论是自然对流还是强迫对流，风 冷冷凝器的传热系数都较低 ， 24冷冷凝器的 传热系数都较低， 24传热系数都较低 29W/m 4529W/m2K ， 冷 凝 温 度 也 较 高 （ 4550℃ 50℃），它要求冷凝压力较低的制 冷剂。 冷剂。 由于壳管式需要冷却水， 由于壳管式需要冷却水，风冷式传 热系数较低， 热系数较低，因此克服两者缺点的 结构是蒸发式、淋激式冷凝器。 结构是蒸发式、淋激式冷凝器。 蒸发式冷凝器如右图， 蒸发式冷凝器如右图，冷却水在水 泵作用下，喷到蛇行管上， 泵作用下，喷到蛇行管上，有一部 分水蒸发使制冷剂冷却， 分水蒸发使制冷剂冷却，由空气将 水蒸气带走， 水蒸气带走，挡水板是为了防止水 滴被带走，增大冷却水的消耗量。 滴被带走，增大冷却水的消耗量。
3）螺旋板式冷凝器
如图， 本体和接管组成 组成。 如图，由本体和接管组成。本体部分由两张平行的钢 板在专用卷材机上卷制成具有二个螺旋通道的螺旋体， 板在专用卷材机上卷制成具有二个螺旋通道的螺旋体，中 心部分用隔板将二个通道隔开， 心部分用隔板将二个通道隔开，螺旋通道上下端分别加有 顶盖，最外圈通道端部焊有渐扩形冷却水进水口， 顶盖，最外圈通道端部焊有渐扩形冷却水进水口，冷却水 出水口由中央引出。 出水口由中央引出。 与壳管式相比， 与壳管式相比，螺旋板式 不但体积小，重量轻，而且传 不但体积小，重量轻， 体积小 热系数也高，缺点是不适用于 热系数也高，缺点是不适用于 高压，而且内部清洗检修较困难， 高压，而且内部清洗检修较困难， 内部清洗检修较困难 对水质要求比较高。 对水质要求比较高。
第二节 冷凝器的传热分析
1、传热过程 冷凝器中的传热，包括制冷剂的冷凝放热，通过金属 冷凝器中的传热，包括制冷剂的冷凝放热， 管壁和污垢层的导热，冷却介质的吸热（ 管壁和污垢层的导热，冷却介质的吸热（忽略管道导热的 影响） 影响）。 2、影响制冷剂侧放热的因素 制冷剂侧蒸气凝结放热的影响，如珠状凝结/ 制冷剂侧蒸气凝结放热的影响，如珠状凝结/膜状凝结 液膜：液膜的热阻、 液膜：液膜的热阻、液膜厚度 制冷剂的流速， 制冷剂的流速，壁面粗糙度 3、影响冷却介质侧放热的因素 冷却介质性质（是水还是空气） 冷却介质性质（是水还是空气） 流速：水一般为0 流速：水一般为0.8—1.2m/s；空气一般为2—4m/s 1 m/s；空气一般为2 4 冷却介质中杂质含量——垢层的厚薄 垢层的厚薄 冷却介质中杂质含量
立式 700-800 700-900 卧式 800-900 氟里昂 卧式 套管式 1100
4000-4500 4000-5000 4500-5000 3500-4000
5、冷却介质流量计算
冷却水量： 冷却水量：VS=Qk/ρ Cp(t2-t1) m3/h 式中： 式中：ρ 为冷却水平均密度 Cp 为冷却水比热容 t2-t1 为冷却水在冷凝器进出口温差 冷却风量： 冷却风量：G=Qk/Cp’(t2-t1) (t kg/h 式中： 式中： Cp’为空气的定压比热容 为空气的定压比热容
第七章 冷凝器与蒸发器
第一节 冷凝器的分类及结构
1、分类 、 水 冷 式 壳管式 套管式 板式 螺旋板式 卧式壳管式 立式壳管式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
风冷式
自然对流式：平板、 自然对流式：平板、百叶窗 强迫对流式：套片式肋管， 强迫对流式：套片式肋管，绕片式肋管
蒸发式 淋激式
2、结构
1）壳管式冷凝器 ）
如图由壳体、管板，管子三部分组成， 如图由壳体、管板，管子三部分组成，冷却水在管 内通过，制冷剂在管外流动得到冷却、冷凝， 内通过，制冷剂在管外流动得到冷却、冷凝， 冷凝后的液体由筒壳下部流入贮液器， 冷凝后的液体由筒壳下部流入贮液器，冷凝器端盖 设有放气阀（注水时排除管内空气）和放水阀（ 设有放气阀（注水时排除管内空气）和放水阀（停 用时防止腐蚀和冻裂）。 用时防止腐蚀和冻裂）。 制冷剂入口
冷凝器的K值 冷凝器的 值（w/m2.k） ） 热负荷q 热负荷 f（ w/m2 ）
14-35 140-350 氨 24-28 240-280 氟里昂 水冷式传热系数K 水冷式传热系数K与单位面积热负荷值有如下关系
冷凝器的K值（w/m2.k） 冷凝器的 值 ） 热负荷qf （ w/m2 ） 热负荷
氨
t 2 − t1 ∆ t = − l n tt kk − tt 12
对水冷冷凝器 对风冷冷凝器
t2-t1=2～4℃,tk-t2=2～3℃ 10℃ 15℃ t2-t1=8～10℃,tk-t1=10～15℃
4、传热系数 K 、
风冷式传热系数K与单位面积热负荷值q 风冷式传热系数K与单位面积热负荷值qf有如下关 系：
在制冷剂循环量G不能确定时，可按下式计算： 在制冷剂循环量G不能确定时，可按下式计算： 860*N Qk=Qo+860*N 单位KW N为电机功率 单位KW
3、换热对数平均温差
根据试验，冷凝过程的传热量占总热量80 85%， 根据试验，冷凝过程的传热量占总热量80～85%，因 此一般用蒸气冷凝时的情况计算传热平均温差 设冷凝器入口的冷却介质（如空气）温度为t 设冷凝器入口的冷却介质（如空气）温度为t1，出口 温度为t 计算冷凝温度为t 温度为t2，计算冷凝温度为tk；则换热对数平均温差定义 如下。 如下
∆P = 1 ρω 2 [ fZ 2
L df
+ 1.5( Z + 1)]