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1、 中央空调用管壳式换热器换热原理，高效换热管齿形和制造 李强李强 2014-10-24 2.内容提要 一、高效换热管定义及概述 二、满液式蒸发器和冷凝器换热管的齿形特点 三、高效换热管的制造方法 Schneider Electric 3 - Division - Name Date 0.1热流密度和传热温差关系： 问题：沸腾是什么？问题：沸腾是什么？ 问题：蒸发器干什么用的？问题：蒸发器干什么用的？ Schneider Electric 4 - Division - Name Date 0.2 沸腾传热参考照片： 0.3 沸腾换热现象 沸腾的定义：沸腾的定义：沸腾指液体吸热后在其内部产生汽泡沸
2、腾指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程称为沸腾。的汽化过程称为沸腾。 沸腾的特点沸腾的特点 1 1 ）液体汽化吸收大量的汽化潜热；）液体汽化吸收大量的汽化潜热； 2 2 ）由于汽泡形成和脱离时带走热量，使加热表）由于汽泡形成和脱离时带走热量，使加热表面不断受到冷流体的冲刷和强烈的扰动，所以沸面不断受到冷流体的冲刷和强烈的扰动，所以沸腾换热强度远大于无相变的换热。腾换热强度远大于无相变的换热。 Schneider Electric 6 - Division - Name Date 0.4 沸腾换热分类： 1 1 ）大容器沸腾（池内沸腾）大容器沸腾（池内沸腾） ； 2 2 ）强制对流沸腾（管内沸
3、腾）强制对流沸腾（管内沸腾） 上述每种又分为上述每种又分为过冷沸腾过冷沸腾和和饱和沸腾饱和沸腾。 产生沸腾的条件：产生沸腾的条件： 理论分析与实验证明，产生沸腾的条件：理论分析与实验证明，产生沸腾的条件： 1 1）液体必须过热；）液体必须过热； 2 2）要有汽化核心）要有汽化核心 0.5 大容器饱和沸腾曲线 （1 1）大容器沸腾）大容器沸腾 定义：指加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中定义：指加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中 所发生的沸腾称为大容器沸腾。所发生的沸腾称为大容器沸腾。 特点：产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由面特点：产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由面 进入容器空间。进入容器空间
4、。 （2 2）饱和沸腾）饱和沸腾 定义：液体主体温度达到饱和温度定义：液体主体温度达到饱和温度 ，壁面温度，壁面温度 高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。 特点特点 : : 随着壁面过热度的增高，出现随着壁面过热度的增高，出现 4 4 个换热个换热 规律全然不同的区域。规律全然不同的区域。 Schneider Electric 8 - Division - Name Date （3 3）过冷沸腾）过冷沸腾 指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，壁面温度大于该饱和温度所发生的沸腾换热，称过壁面温度大于该饱和温度所发生的
5、沸腾换热，称过冷沸腾。冷沸腾。 （4 4）大容器饱和沸腾曲线：大容器饱和沸腾曲线： 表征了大容器饱和沸腾的全部过程表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括共包括4 4个换热规律不同的阶段：个换热规律不同的阶段：自然对流自然对流、核态沸腾核态沸腾、过过渡沸腾和稳定膜态沸腾渡沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示：如图所示： Schneider Electric 9 - Division - Name Date qmax qmin Schneider Electric 10 - Division - Name Date 如图如图 6 6- -11 11 所示，横坐标为壁面过热度（对数坐所示，横坐标为壁面过热度
6、（对数坐 标）；纵坐标为热流密度（算术密度）。标）；纵坐标为热流密度（算术密度）。 从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区 段段、将整个曲线分成四个特定的换将整个曲线分成四个特定的换 热过程，其特性如下：热过程，其特性如下： 1 1 ）单相自然对流段（液面汽化段）单相自然对流段（液面汽化段） 壁面过热度小时（图中壁面过热度小时（图中 ）沸腾尚未开）沸腾尚未开 始，换热服从单相自然对流规律。始，换热服从单相自然对流规律。 4tSchneider Electric 11 - Division - Name Date 2 2 ）核态沸腾（饱和沸腾）核态沸
7、腾（饱和沸腾） 随着随着 的上升，在加热面的一些特定点上开的上升，在加热面的一些特定点上开 始出现汽化核心，并随之形成汽泡，该特定点称始出现汽化核心，并随之形成汽泡，该特定点称 为起始沸点。其特点是：为起始沸点。其特点是： t开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干扰，开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干扰， 称为称为孤立汽泡区；孤立汽泡区； 随着随着 的上升，汽化核心增加，生成的汽的上升，汽化核心增加，生成的汽 泡数量增加，汽泡互相影响并合成汽块及汽柱，泡数量增加，汽泡互相影响并合成汽块及汽柱， 称为称为相互影响区。相互影响区。 tSchneider Electric 12 - Division -
8、 Name Date 随着随着 的增大，的增大， q q 增大，当增大，当 增大到一定增大到一定值时，值时， q q 增加到最大值增加到最大值 ，汽泡扰动剧烈，汽化，汽泡扰动剧烈，汽化核心对换热起决定作用，则称该段为核心对换热起决定作用，则称该段为核态沸腾核态沸腾（泡状沸腾）。（泡状沸腾）。 t其特点其特点：温压小，换热强度大，其终点的热流密温压小，换热强度大，其终点的热流密度度 q q 达最大值达最大值 。工业设计中应用该段。工业设计中应用该段。 tSchneider Electric 13 - Division - Name Date 3 3 ）过渡沸腾）过渡沸腾 从峰值点进一步提高从峰值
9、点进一步提高 ，热流密度，热流密度 q q 减减 小；当小；当 增大到一定值时，热流密度减小到增大到一定值时，热流密度减小到 ， 这一阶段称为这一阶段称为过渡沸腾过渡沸腾。该区段的特点是属于不。该区段的特点是属于不 稳定过程。稳定过程。 tminq原因：原因：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的 速度，使汽泡聚集覆盖在加热面上，形成一层速度，使汽泡聚集覆盖在加热面上，形成一层 蒸汽膜，而蒸汽排除过程恶化，致使蒸汽膜，而蒸汽排除过程恶化，致使 q m q m 下降。下降。 Schneider Electric 14 - Division - Name Date 4
10、 4 ）稳定膜态沸腾）稳定膜态沸腾 从从 开始，随着开始，随着 的上升，气泡生长速度与的上升，气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层，致使蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层，致使 上升上升 时，热流密度时，热流密度 q q 上升，此阶段称为上升，此阶段称为稳定膜稳定膜态沸腾。态沸腾。 minqttSchneider Electric 15 - Division - Name Date 其特点：其特点： 1.1.汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流；汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流； 2
11、.2.辐射热量随着辐射热量随着 的加大而剧增，使热流密度大大增加；的加大而剧增，使热流密度大大增加； 3.3.在物理上与膜状凝结具有共同点：前者热量必须穿在物理上与膜状凝结具有共同点：前者热量必须穿过热阻大的汽膜；后者热量必须穿过热阻相对较小的过热阻大的汽膜；后者热量必须穿过热阻相对较小的液膜。液膜。 Schneider Electric 16 - Division - Name Date 说明：说明： （1 1）上述热流密度的峰值上述热流密度的峰值q qmaxmax 有重大意义有重大意义，称为称为临界热流密度临界热流密度，亦称烧毁点亦称烧毁点。一般用核态沸腾一般用核态沸腾转折点转折点DNBD
12、NB作为监视接近作为监视接近q qmaxmax的警戒的警戒。这一点对这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要要。 （2 2）对稳定膜态沸腾对稳定膜态沸腾，因为热量必须穿过的是热因为热量必须穿过的是热阻较大的汽膜阻较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多所以换热系数比凝结小得多。 2 2 汽化核心的分析汽化核心的分析 (1) (1) 汽泡的成长过程汽泡的成长过程 实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为产生气泡的点
13、被称为汽化核心汽化核心，较普遍的看法，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心，如图所示。好的汽化核心，如图所示。 Schneider Electric 18 - Division - Name Date Schneider Electric 19 - Division - Name Date (2) (2) 汽泡的存在条件汽泡的存在条件 汽泡半径汽泡半径R R必须满足下列条件才能存活必须满足下列条件才能存活( (克拉贝龙克拉贝龙 方程方程) ) )(2 min swvs ttrTRR式中：式中： 表面张力，表面张力，N/m；r
14、汽化潜热，汽化潜热，J/kg v 蒸汽密度，蒸汽密度，kg/m3；tw 壁面温度，壁面温度， C ts 对应压力下的饱和温度，对应压力下的饱和温度， C 可见，可见， (t(tw w t ts s ) ) , R, Rminmin 同一加热面上，称为汽化同一加热面上，称为汽化核心的凹穴数量增加核心的凹穴数量增加 汽化核心数增加汽化核心数增加 换热增强换热增强 Schneider Electric 20 - Division - Name Date 0.3 平板沸腾传热照片： 问题：为什么制冷剂液面有高有低？问题：为什么制冷剂液面有高有低？ 问题：实际蒸发器液面是什么，会引起什么问问题：实际蒸发
15、器液面是什么，会引起什么问 题？优点和好处是什么？怎么消除吸气带液？题？优点和好处是什么？怎么消除吸气带液？ 吸气带液有何好处？吸气带液有何好处？ 一、概述： 1.高效换热管定义 1.1 高效换热管是指在普通光管基础上利用专用设备进行加工，并使光 滑管内外表面或两者形成各种整体翅/齿或其它复杂表面，从而使表面积扩表面积扩 大大和传热效果得以强化的换热管。 1.2 管壳式换热器用高效管两端或中间支撑板段应带有光管段（无齿/ 翅）。 1.2.1 光滑段作用： 两端：用于胀管 中间：用于支撑换热管 问题：表面是否可以无穷扩大？为什么？有何优点和缺点？问题：表面是否可以无穷扩大？为什么？有何优点和缺点？ 问题：光管段长度如何设计，和什么因素相关？刀具？胀管工艺？轧制机床？问题：光管段长度如何设计，和什么因素相关？刀具？胀管工艺？轧制机床？ Schneider Electric 22 - Division - Nam
