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1、第七章 制冷机的热交换设备 主讲教师：张 超 副教授 中原工学院能源与环境学院,制冷原理与设备,主要内容,7.1 热交换设备中的传热过程 7.2 蒸发器 7.3 冷凝器 7.4 其它类型的热交换器 7.5 换热器的设计计算 7.6 热绝缘,一、热交换器的传热基本方式 传热方式： 冷凝、沸腾、强制对流、自然对流、导热等 基本传热形式： 平壁传热 圆管传热 肋片传热,7.1 热交换设备中的传热过程,7.1 热交换设备中的传热过程,二、平壁传热 传热方程：,7.1 热交换设备中的传热过程,三、圆管传热 以圆管外表面积为基准的传热方程：,当圆筒内外径之比小于2时,7.1 热交换设备中的传热过程,四、肋
2、片传热 以肋侧总表面积为基准的传热方程：,当带肋片圆筒内外径之比小于2时,7.2 蒸发器,按制冷剂在蒸发器内的充满程度及蒸发情况分类： 干式蒸发器、再循环式蒸发器、满液式蒸发器 一、干式蒸发器 制冷剂在蒸发器内一次完全气化的蒸发器 正常运转情况下，干式蒸发器中液体容积约为管内容积的1520，润湿周长为圆周的30，管的有效传热面积为管内表面积的30 按冷却对象可分为：冷却液体型干式蒸发器、冷却空气型干式蒸发器,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 1、冷却液体型干式蒸发器 按管组的排列方式可分为直管式和U型管式。,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 1、冷却液体型干式蒸发器 按管组的排列方式可分为直管式和
3、U型管式。,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 1、冷却液体型干式蒸发器 按管组的排列方式可分为直管式和U型管式。,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 1、冷却液体型干式蒸发器 挡板类型 其数量取决于载冷剂速度的大小,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 2、冷却空气型干式蒸发器 按蒸发器形状可分为光滑管和肋片管（自然对流、强制对流）,绕片式,整体套片,光滑管,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 2、冷却空气型干式蒸发器 按蒸发器形状可分为光滑管和肋片管（自然对流、强制对流）,强迫对流冷却空气型,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 3、其它类型干式蒸发器 板面式蒸发器,由管和平板组成的板面式蒸发器,由两块成型板焊成
4、的板面式蒸发器,7.2 蒸发器,一、干式蒸发器 干式壳管式蒸发器的优点 （1）充液量少，为管内容积的30%左右 （2）受制冷剂液体静压力的影响较少； （3）排油方便； （4）载冷剂结冰不会胀裂管子； （5）制冷剂液面容易控制； （6）结构紧凑。 干式壳管式蒸发器缺点 制冷剂在换热管束内供液不易均匀； 弓形折流板制造与装配比较麻烦； 载冷剂在折流板孔和换热管间、折流板外周与筒体间容易产生泄漏旁流，从而降低传热效果,7.2 蒸发器,二、再循环式蒸发器 制冷剂需要经过几次循环才能完全气化 液体所占容积为管内总容积的50 缺点是体积大、需要制冷剂多、需要其它辅助设备,7.2 蒸发器,三、满液式蒸发器
5、制冷剂在管外气化，液体载冷剂在管内流动 缺点是制冷剂充注量大、制冷剂因静压温度分层、船用时稳定性要求高,卧式满液式蒸发器,7.2 蒸发器,三、满液式蒸发器 制冷剂在管外气化，液体载冷剂在管内流动 缺点是制冷剂充注量大、制冷剂因静压温度分层、船用时稳定性要求高,7.2 蒸发器,三、满液式蒸发器 另一种满液式蒸发器，立管式冷水箱型蒸发器（仅用于氨系统）,7.2 蒸发器,四、其它类型的蒸发器（板式蒸发器）,7.2 蒸发器,四、其它类型的蒸发器（板式蒸发器） 板式换热器具有如下特点： 体积小，结构紧凑，比同样传热面积的壳管式换 热器体积小60%； 总传热系数高，约为20003000W/（K）； 流速小
6、，流动阻力损失小； 能适应流体间的小温差传热，可降低冷凝温度，提高制冷压缩机性能； 制冷剂充注量少； 质量轻，热损失小。,7.3 冷凝器,按冷却方式可分为空气冷却式、水冷式、蒸发式和淋激式 一、空气冷却式冷凝器 空气冷却式冷凝器多为蛇管式结构，制冷剂在管内流动，管外为空气 根据空气流动情况可分为自然对流式和强制对流式,丝管式自然对流,肋片式强制对流,7.3 冷凝器,二、水冷却式冷凝器 制冷剂释放的热量被水带走 根据其结构可分为壳管式式、套管式和沉浸式等 （1）壳管式（立式、卧式）,7.3 冷凝器,二、水冷却式冷凝器 （2）套管式冷凝器,7.3 冷凝器,二、水冷却式冷凝器 （3）蒸发式和淋激式冷
7、凝器,7.3 冷凝器,二、水冷却式冷凝器 （4）壳盘管式和螺旋板式冷凝器,壳盘管式冷凝器,螺旋板式冷凝器,7.3 冷凝器,三、水冷式冷凝器的冷却水系统 废水系统 再循环水系统,废水系统,再循环水系统,7.3 冷凝器,三、水冷式冷凝器的冷却水系统 自然通风冷却塔 强制通风冷却塔（吸风式、鼓风式）,自然通风式,强制通风式,7.4 其它类型热交换器,蒸发冷凝器 中间冷却器 回热器,氨中冷器,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 1、对数平均温差 与介质的流动方向有关,顺流,逆流,叉流,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 1、对数平均温差 逆流的对数传热温差较大,顺流,逆流,7.5 热交换器的设计计
8、算,一、前言 1、对数平均温差 当一侧流体发生相变时，无顺流、逆流之分,冷凝器,蒸发器,逆流,顺流,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 1、对数平均温差 计算式为： 最重要的前提条件是：任何一种换热流体不能既有相变又有单相介质传热,简化公式：,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 2、对数平均焓差 空气中既有单相传热，又有水份的相变,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 3、换热系数计算 蒸气冷凝时 水平管束管外冷凝 公式937 水平低肋管管外冷凝 公式938 管内冷凝 公式939 制冷剂沸腾时 制冷剂在水平光管束外大空间沸腾 公式941 制冷剂管内沸腾 立管内沸腾 公式942 水平管内沸腾
9、 公式943 无集态改变时（水、空气、液体载冷剂） 管内纵向流动 公式949 管外横向流动 公式952 管外纵、横向流动 公式956,7.5 热交换器的设计计算,一、前言 3、换热系数计算 肋片管束外空气横向流动时 肋片管束用于蒸发器 公式958 肋片管束用于蒸发器 公式960 肋片效率 公式963 丝管式冷凝器空气侧时 公式968,7.5 热交换器的设计计算,二、冷凝器、蒸发器的设计计算 1、水冷冷凝器 设计目的：确定冷凝器的形式、传热面积、结构、冷却水在冷凝器中的流动阻力 给定条件 制冷量、冷凝温度、蒸发温度 制冷剂种类 压缩机型式 主要参数的选择 冷凝器的结构型式 冷却水流速：与冷凝器年
10、使用小时数有关 冷却水进口温度：当地高温季节的平均水温 冷却水进口温度与冷凝温度之差：810度 冷却水温升 冷却水温升小，则对数平均温差大，所需传热面积小；但大流量增加耗水量和水泵功耗 水垢和油垢热阻 冷却水流动阻力计算 公式971,7.5 热交换器的设计计算,二、冷凝器、蒸发器的设计计算 2、举例一 设计一台用于小型冷库的冷风机（风机、蒸发器）。已知制冷量2.664kW，蒸发温度-31度，工质R22，制冷剂循环量50.5kg/h，空气的送风温度-25度，相对湿度95%，空气的回风温度为-23度，相对湿度90。 解题思路： 主要参数的选择 冷空气的有关参数 用于确定送、回风的焓值 风量选择 用于确定风机的选型 校正送风温度和焓值 蒸发器结构的初步设计,1. 什么叫顺流？什么叫逆流？ 2. 影响总传热系数的因素有哪些？ 3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么？ 4. 影响蒸发器传热的主要影响因素有那些？ 5. 说明蒸发器的作用和如何分类？ 6. 比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？ 7. 影响冷凝器传热的主要影响因素有那些？ 8. 说明冷凝器的作用和分类？ 9. 立式壳管式冷凝器上各管接头的作用是什么？ 10 .举例说明如何强化换热器的换热效率。 11. 板式换热器有什么突出的优点？ 12. 举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施？,思考题,
