《热泵机组用板式冷凝器及蒸发器的选择计算_何雪冰(1).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热泵机组用板式冷凝器及蒸发器的选择计算_何雪冰(1).pdf（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热泵机组用板式冷凝器及 蒸发器的选择计算 重庆大学 何雪冰 刘宪英 提要 介绍了板式冷凝器及蒸发器选择计算的特点 传热及压降计算方法 选择计算步 骤 用实例验证了选择计算方法的正确性 关键词 板式冷凝器 板式蒸发器 选择计算 Calculation for selecting plate condenser and evaporator in heat pump units ByHeXueb i ng a ndLi uXi an y i n g Abstract P resents thecharacter ist ics ofcal cul ation methodsf orcal cul
2、at ing heat transf er and pressure drop and procedures of plat e condenser and evaporat or selec tion Gives an example proving the correctness of this cal culat ion method Keywords plate condenser plate evaporat or sel ect ion cal cul at ion Chongqing University China 板式换热器具有传热效率高 体积小 重量轻 面积和 流程组合方便
3、等优点 其在冷水机组 风冷热泵冷热水机组 中作为水侧换热器的应用越来越多 图 1 是风冷热泵冷热 图 1 风冷热泵冷热水机组流程示意图 水 机 组 流 程示意图 但 板 式 冷 凝器 蒸发 器 的 选 型 计 算 方 法 尚不完善 笔 者 结 合 产 品 设 计 中的体会 提 出 一 些 看法 供同 行们讨论 1 板式冷凝器及蒸发器选择计算的特点 1 1 板式冷凝器及蒸发器中的冷凝及沸腾过程属管内强 迫对流换热类型 其流动形式很复杂 目前 很多板式换热 器的生产厂家和设计单位根据热负荷或热流密度的经验估 计值推算所需的换热面积 很不准确 也无法预计工况变化 时运行参数会出现什么情况 对冷凝器
4、蒸发器内的压降 则完全无法预计 采用这种粗糙方法将很难发挥板式换热 器性能的优势 1 2 一般冷凝和沸腾均可在一个流程中完成 因此 制冷 剂相变一侧一般布置成单流程 水侧根据需要可布置成单 程或多程 1 3 对板式冷凝器 选择时一般不要有冷凝段和过冷段并 存的局面 因为过冷段的换热效率低 如果需过冷 原则上 应单独设过冷器 1 4 板式冷凝器 蒸发器中的压降特点 冷凝器内压降大 会使蒸气的冷凝温度降低 造成传热温差减小 蒸发器内压 降大 会造成出口蒸气过热度过大 两种情况都会增加换热 面积 对换热是不利的 对冷凝器 建议制冷剂 如 R717 R22 R134a 侧压降 0 03 0 04 MP
5、a 对蒸发器 压降 0 01 0 03 MPa 上述压降值相当于饱和温度降 1 1 5 制冷设备上用的板式换热器 由于制冷剂侧压力高 渗透能力强 选型时应采用钎焊式板式换热器 并应优先选 用专门生产的板式冷凝器或板式蒸发器结构型式 在无合 适的产品时 亦可选用一般常规的板式换热器 58 设计参考 2001 年第 31 卷第 6 期 何雪冰 女 1957 年 4 月生 大学 副教授 400045 重庆大学城市建设与环境工程学院 023 65124268 收稿日期 1999 05 05 2 板式蒸发器及冷凝器的传热计算 板式换热器的基本传热方程式与一般换热器一样 为 Q KA tm或 A Q K
6、tm 1 式中 Q 为传热量 W K 为传热系数 W m2 A 为传 热面积 m2 tm为对数平均温差 板式蒸发器的传热系数 Ke为 Ke 1 b 1 w Rp Rw Rc 1 2 板式冷凝器的传热系数 Kc为 Kc 1 c 1 w Rp Rw Rc 1 3 式中 b为沸腾换热系数 W m2 c为凝结换热系 数 W m2 w为水侧换热系数 W m2 Rp为 板片热阻 m2 W Rw为水侧污垢热阻 m2 W Rc 为制冷剂侧 即沸腾和冷凝侧 油膜热阻 m2 W 为了解决腐蚀问题 有的换热器板片表面涂有防腐蚀 涂层 因而存在涂层热阻 Rco1 Rco2 对这种换热器在计算 传热系数时还应考虑该热阻
7、 板式蒸发器及冷凝器的传热计算 关键是 b和 c的计 算 2 1 沸腾换热系数 b的计算 有关板式蒸发器的沸腾换热计算报道甚少 本文采用 尾花英朗 2 推荐的切 Chen 关联式 即 b 1 163S b 1 163 tp 4 式中 S 为泡核沸腾影响系数 见图 2 b 为池沸腾换热系 图 2 S 与deGl l F1 25的关系图 数 W m2 tp为 二 相流强制对流 换热系数 W m2 2 1 1 影响 系数 S 的 计 算 由图 2 可 知 S f deGl l F 1 25 5 式中 de为板片间通道的当量直径 m F 为修正系数 F 0 89 tt 6 2 tt 1 21 Xtt
8、1 Xtt 2 7 Xtt Gl Gv 0 9 v l 0 5 l v 0 1 8 式中 tt为压力损失修正系数 Gl Gv分别为每个通道液 体 气体的质量流量 kg h l v分别为液体 气体的密度 kg m3 l v分别为液体 气体的黏度 kg m h Gl MR 1 xp n 9 因此有Gv MRxp n 10 Gl Gv 1 x p xp 式中 MR为通过蒸发器的总的质量流量 kg h xp为蒸发器 进 出口干度的平均值 n 为制冷剂通过板式换热器的流道 数 2 1 2 池沸腾换热系数 b 的计算 2 b 0 001 65 0 79 l c0 45 pl 0 49 l g0 25 c
9、0 5 l 0 29 l r 0 24 0 24 v t 0 24 p 0 75 11 式中 l为液体导热系数 cpl为液体比热容 gc为重力加速 度 l为液体表面张力 r 为蒸发潜热 t 为蒸发温度与壁 温之差 p 为对应于 t 的蒸气压力差 关于 t 的确定 一般采用试算或图解法 其具体方法 和步骤 详见文献 1 2 1 3 二相强制对流换热系数 tp的计算 tp 0 026 7 l de deGl l 0 8 Gl l l F 12 图 3 修正系数 F 与 1 Xtt的关系图 式中参 数同 前 F 用 式 6 计算 也可查图 3 2 2 凝结换热系数 c的 计算 文献 2 推荐板式换
10、热器板壁表面凝结换热 可以按垂直平板上的冷 凝换热进行 处理 但 波 纹形竖壁比平板竖壁换 热系数高 20 30 本 文取修正系 数为 1 25 在板式冷凝器的换热范 围内 可用下式计算 c 1 71 3 l 2 lgc 2 l 1 3 4 l 1 3 1 25 13 式中 为每 h 每 m 上的流量 Gl B kg m h B 为板 宽度 m 3 板式冷凝器及蒸发器的压降计算 由于冷凝器及蒸发器内的流动均为两相状态 故其阻 力计算方法相同 本文以冷凝器为例 介绍其计算方法 板式冷凝器内的阻力包括摩擦 局部 加速及重力阻力 因 此 只要分别计算出冷凝器入口到出口之间每处存在的阻 力 其总和即为
11、板式冷凝器的压降 文献 2 推荐摩擦阻力 用 Lockhart Martinelli 方法计算 pf pf l 2 l 14 式中 pf l为仅有液相流体单独流过同一通道时的摩擦阻 力 Pa 计算式为 pf l 39 2fl L de lw2l 2 15 式中 fl为液体沿程摩擦阻力系数 根据板型按文献 1 提 供的图或公式计算 wl为液体在流道中的流速 m s L 为 流道长度 m l为摩阻分液相系数 59 暖通空调 HV 液体层流 气 体紊流 lt流态 时 C 12 液体紊流 气体层流 tl流态 时 C 10 液体层流 气体层流 ll 流态 时 C 5 X 为马丁尼利参数 可近似用下式计算
12、 X 2 pf l pf v 17 式中 pf v为气相摩擦阻力 计算同式 15 只是公式中 液相参数需改为气相参数 板式换热器中的阻力主要是摩 擦阻力 其它阻力较小 参照文献 1 的方法 笔者对局部 加速及动力阻力进行了计算 结果是局部阻力约为 pf的 20 40 加速及动力损失约为 10 20 故板式换 热器制冷剂侧总阻力可按 pc 1 3 1 6 pf计算 板 式换热器高度小于 300 mm 时 取大值 大于600 mm 时 取 小值 一般情况取平均值 流态是以流速为液相或气相的表观速度 指假定液或 气在整个流道截面中单独流动时的速度 wl0 wv0 时的 Re 数值为 1 000 作为
13、分组的基础 即 液相Rel lwl0de l 气相Rev vwv0de v 18 则 tt 流态 Rel 1 000 Rev 1 000 则 lt 流态 Rel 1 000 Rev 1 000 则 tl流态 Rel 1 000 Rev 1 000 则 ll 流态 Rel 1 000 Rev 1 000 式 18 中液相 气相表观速度为 wl0 Glvl 3 600s wv0 Gvvv 3 600s m s s 为板间流道截面面积 m2 vl vv分别为液 相 气相制冷剂比体积 m3 kg 4 板式冷凝器及蒸发器选择计算步骤 板式冷凝器及蒸发器的选择计算方法基本相同 本文 仅以板式冷凝器为例 介
14、绍其计算方法和步骤 4 1 已知条件 制冷剂蒸气侧 蒸气总流量 MR 入口压力 pk 与 pk对应的饱和温度 tk 进口蒸气干度 x1 出口蒸气干度 x2 允许压降 pc 蒸气平均干度 xp下的各物性参数 冷却水侧 水量 V 或出口温度 t2 入口温度 t1 允许 压降 pw 板式换热器型式及几何尺寸 只要压力和温度不超过板式换热器的许用限度 一般 板式换热器均可用作冷凝器 其蒸气从上面的角孔进入板 片 凝结液从下面的角孔流出 而且多采用单流程 由于蒸 气比体积较大 往往在角孔中的流速很大 因此当蒸气流量 很大时 常采用中间夹板形式 使蒸气从中间向两边分流 可使蒸气流速降低一半 有利于降低流动
15、阻力 板片的波纹形式 单板有效面积 f 板间通道面积 s 流 量当量直径 de 4 2 选择计算步骤 计算设计热负荷 Q 计算水侧出水温度 t2或水流量 V 查取平均水温 tp t2 t1 2下水的各物性参数 选定板型 选定台数 Z 求出每台换热器的换热量 Q 及蒸气质 量流量M R 即 Q Q Z M R MR Z 初选水流速 w 确定水及蒸气侧流道数 n 由于凝结换热系数一般小于水侧换热系数 为使两者 尽量接近 其水流速 w 应较水 水换热器小 可初选 0 3 0 6 m s 蒸气侧布置成单流程 一般水侧也宜布置成单 流程 即两者流道数 相等 流道 数 n 计算 公式为 n V Zsw 蒸
16、气侧每个流道的质量流量 Gl M R Z n 有效换热面积 A 2n 1 f 计算蒸气侧压降 pc 计算出的 pc应略小于允许压降 pc 否则应修改水 流速 重新计算 计算对数平均温差 tm 为了简化 一般在计算 tm时不考虑过热 过冷的影 响 全部当作冷凝段考虑 若蒸气侧压降引起的温降 1 则按 tk计算 若引起的温降 1 应根据压降和求出 的出口温度 tkj 再计算 tm 计算水侧换热系数 w及压降 pw 如样本未提供计算 w的准则式 可按文献 1 提供的 近似准则式计算 求凝结换热系数 c 若关联式中包含冷凝温差 t 应进行壁温迭代计算 计算传热系数 K 则所需换热面积 A Q K tm 11 计算结果检验 要求 0 5 10 A A A 即选用 的面积有一定余量 选择一台板式换热器往往需重复计算多次 才能得到 满意结果 笔者编制了板式冷凝器和蒸发器选择计算的计 算机程序 经多次使用 效果良好 对于热泵机组 水侧换热器夏季作蒸发器 冬季作冷凝 器 应对两者分别进行选择计算 最后以面积大的为准 5 选型计算实例 例 某一小型风冷热泵冷热水机组 压缩机为美国某 公司生产的 FH554
