冷凝器与蒸发器课件

1、第二讲冷凝器和蒸发器2022/7/311蒸发器和冷凝器的重要性制冷系统四大部件之间中的两大部件吸热设备（蒸发器）放热设备（冷凝器）制冷系统换热器的特殊性工作压力和温度范围比较窄介质间的传热温差小阻力特性在系统中的作用非常明显换热器与压缩机需要匹配7/31/20222本讲的主要内容介绍冷凝器与蒸发器的种类、形式、结构，适用范围明确换热器设计的基本思想和需要注意的问题传热温差（换热面积、空气与水流速选择）主要热阻（管内外换热系数的计算公式）压力损失（最佳流速的确定）认真看书，了解换热器的热力计算方法（课堂上不讲）7/31/20223一冷凝器的种类和工作原理 水冷冷凝器 卧式壳管冷凝器立式壳管冷凝器

2、 套管式冷凝器 风冷冷凝器 蒸发冷凝器 淋水式冷凝器7/31/202241. 水冷式冷凝器冷却水来源冷却塔应用最广泛深井水海水或河水特点冷凝温度低相同换热面积排热量大多用于大中型制冷机组要求有冷却水源7/31/202251.1 卧式壳管式冷凝器管外制冷剂 管内冷却水材料：氨钢光管 氟利昂低肋螺纹铜管 7/31/202261.1卧式壳管式冷凝器7/31/202271.1 卧式壳管式冷凝器的特点使用最广泛，多用于大、中、小型制冷机组，结构紧凑冷媒为氨或氟利昂传热系数高水侧多管程，冷却水温升一般为46冷却水耗量少对冷却水水质要求高，清洗不方便水侧流动阻力大7/31/202281.2 立式壳管冷凝器管

3、外：制冷剂管内：冷却水布水器广泛用于氨制冷系统进气管出液管放空气管平衡管放油管安全阀7/31/202291.2 立式壳管式冷凝器的特点一般用于大、中型氨制冷系统传热系数低于卧式，传热温差46可安装在室外容易清水垢，故对冷却水水质要求不高占地面积小，但体积大冷却水耗量大，冷却水温升23需要高的操作平台7/31/2022101.3 套管式冷凝器外套管为55mm无缝钢管,内套管为铜管外套管：冷却水内套管：制冷剂外套管：制冷剂内套管：冷却水（广泛采用）7/31/2022111.3 套管式冷凝器(管材材料)7/31/2022121.3 套管式冷凝器的特点多用于冷量小于25kW的氟利昂制冷机组传热效果好结

4、构简单，易加工可套在全封闭压缩机上，结构紧凑冷却水流动阻力大金属耗量大7/31/2022131.4 水冷式冷凝器的传热温差7/31/2022142. 风冷式冷凝器7/31/2022152. 风冷式冷凝器7/31/2022162. 风冷式冷凝器7/31/2022172. 风冷式冷凝器的特点适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和汽车空调传热系数低，传热温差大气温高时冷凝压力高不需要配冷却水系统露天布置，不需要机房翅片清洗不便7/31/2022182. 风冷式冷凝器的传热温差7/31/2022193. 蒸发式冷凝器7/31/2022203. 蒸发式冷凝器7/31/2022213. 蒸发式冷凝器小型

5、机组的室外机在喷水冷却系统的应用举例7/31/2022223. 蒸发式冷凝器的特点兼备水冷式和风冷式的优点适用于中、小型氨和氟利昂制冷机组传热系数比较高，冷凝温度低耗水量少露天布置，不需要机房造价高清洗、维修均较麻烦7/31/2022233. 蒸发式冷凝器的传热温差7/31/202224二、冷凝器的热工性能1. 不同冷凝器的传热性能比较7/31/2022252. 影响冷凝器传热性能的因素2.1 机理制冷剂侧凝结换热冷却介质侧风冷/水冷式：对流换热蒸发冷凝式：蒸发换热7/31/2022262. 影响冷凝器传热性能的因素2.2 冷却介质侧冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵

6、/风扇能耗小最佳流速 水：0.81.2m/s(氨), 2.5m/s(氟利昂) 空气：24m/s（再大起不了作用！）冷却介质传热面积垢水冷式：水垢、锈蚀风冷式：灰尘、锈蚀7/31/2022272. 影响冷凝器传热性能的因素2.3 制冷剂侧流态：过热蒸汽饱和蒸汽两相饱和液态过冷液7/31/2022282. 影响冷凝器传热性能的因素2.3 制冷剂侧凝结形式膜状凝结：换热系数小珠状凝结：换热系数大立式冷凝器下部液膜增厚，传热系数降低冷凝壁面的表面状态壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大7/31/2022292. 影响冷凝器传热性能的因素2.3 制冷剂侧传热面油膜的影响氨冷凝器会沉积润滑油膜不凝气体的影响

7、制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时，聚集的气膜和降低传热系数7/31/2022302. 影响冷凝器传热性能的因素2.4 冷凝器热阻的大致分配R总R介质R管壁R制冷剂R污垢R总：卧 0.0008 立 0.0013 套管 0.0009 风冷0.036 蒸发0.0014冷却介质侧水冷式冷凝器 R污垢= 0.000180.0005风冷式冷凝器 R污垢=0.00010.0003制冷剂侧氨冷凝器 R污垢=0.000350.00067/31/2022312. 影响冷凝器传热性能的因素2.4 冷凝器热阻的大致比例7/31/2022323. 冷凝器设计的要点首先根据当地条件确定采用冷凝器的类型总换热面积应满足最

8、大负荷要求并有裕量冷凝器台数一般应与压缩机对应技术经济比较大、中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝器冷却塔基本相等，但运行费低维护费蒸发式冷凝器最高7/31/2022333. 冷凝器设计的要点冷凝器的排热量有多少？冷凝器排热量压缩机散热量 蒸发器吸热压缩机指示功率（11/COP)蒸发器吸热压缩机散热量是多少？开启式压缩机风冷式散热少水冷式散热多封闭式压缩机：散热量大于开启式7/31/202234三蒸发器的种类冷水器(cooler)：以水作载冷剂壳管式 满液式 干式水箱式直接蒸发器：直接冷却空气强制通风式自然对流式7/31/2022353.1 满液式壳管蒸发器管外：制冷剂管内：冷冻水液面高度70807

9、/31/2022363.1 满液式壳管蒸发器的特点广泛用于氨制冷系统，也可用于氟利昂系统结构紧凑，占地面积小载冷剂可采用闭式循环，可采用易挥发的载冷剂易积油载冷剂易发生冻结7/31/2022373.2 干式蒸发器的流程管内：制冷剂 管外：冷冻水7/31/2022383.2 干式壳管蒸发器管内：制冷剂 管外：冷冻水7/31/2022393.2 干式壳管蒸发器7/31/2022403.2 干式壳管蒸发器7/31/2022413.2 干式壳管蒸发器的特点适用于氟利昂系统(易于带油)结构紧凑，可用于冷水机组载冷剂不易冻结制冷剂充注量少(系统可不设贮液器) 可用热力膨胀阀供液装配工艺较复杂7/31/20

10、22423.3 水箱式蒸发器：立管式水箱管内：制冷剂 管外：冷冻水7/31/2022433.3 水箱式蒸发器：螺旋管式水箱管内：制冷剂 管外：冷冻水7/31/2022443.3 水箱式蒸发器：盘管式水箱管内：制冷剂 管外：冷冻水7/31/2022453.3 水箱式蒸发器的特点占地面积大，结构不紧凑，用于非整体机组的系统直立管和螺旋管式适用于氨制冷系统，盘管式适用于氟利昂系统有蓄冷能力只能使用非挥发性载冷剂易积油7/31/202246板式蒸发器（兼顾冷凝器）7/31/202247板式蒸发器（兼顾冷凝器）广泛应用于风冷热泵机组制冷时为蒸发器，制热时为冷凝器优点：传热效率高，体积小缺点：堵塞，冻结，

11、价格昂贵进水出水出制冷剂进制冷剂7/31/2022483.4 其它类型：Shell-and-Coil Cooler7/31/202249套管式蒸发器（兼顾冷凝器）普遍用于风冷热泵机组传热效率高，价格较便宜不容易堵塞、冻结体积偏大7/31/2022503.5 冷却空气的直接蒸发器7/31/2022513.5 冷却空气的直接蒸发器7/31/2022523.5 直接蒸发器的特点适用于冷库和空调设备家用空调器组合式空调机组小型风系统户式中央空调系统不需要载冷剂，冷损失少结构紧凑控制方便7/31/202253四、蒸发器的热工性能1. 不同蒸发器的传热性能比较图水：满液、干式、套管直接蒸发7/31/202

12、2542. 影响蒸发器传热性能的因素2.1 机理制冷剂侧蒸发换热冷却介质侧冷水器：水或载冷剂直接蒸发式：空气，强制和自然对流7/31/2022552. 影响冷凝器传热性能的因素2.2 冷却介质侧冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵/风扇能耗小最佳流速 水：0.81.2m/s(氨), 2.5m/s(氟利昂) 空气：24m/s冷却介质传热面积垢冷水器：水垢、锈蚀直接蒸发式：灰尘、锈蚀7/31/2022562. 影响蒸发器传热性能的因素2.3 制冷剂侧流态：两相饱和蒸汽过热蒸汽7/31/2022572. 影响蒸发器传热性能的因素2.3 制冷剂侧蒸发过程中的流型层状流环状流雾状

13、流强化传热措施小径化(D9.52D6.4) 气化核心（微型沟槽蒸发器）7/31/2022582. 影响蒸发器传热性能的因素2.3 制冷剂侧冷冻油氨蒸发器会沉积润滑油层需要在蒸发器底部设置放油管放油方法：用高压气体压出7/31/2022592. 影响蒸发器传热性能的因素2.4 蒸发器热阻的大致比例R总R介质R管壁R制冷剂R污垢R总：卧 0.0008 套管 0.0009 风冷0.036 冷却介质侧水冷式蒸发器 R污垢= 0.000180.0005风冷式蒸发器 R污垢=0.00010.0003制冷剂侧氨蒸发器 R污垢=0.000350.00067/31/2022602. 影响蒸发器传热性能的因素7/

14、31/202261习题 1风冷式冷凝器：铜管外径12mm，壁厚0.75mm肋化系数为15请估算总热阻以及各部分热阻的比例，并指出哪一部分的热阻是影响风冷式冷凝器传热特性的关键？参考教材p77797/31/202262习题 1解题要点根据彦先生书p73公式（4-22d）写出风冷式冷凝器热组公式估计各环节换热系数或热组量级风侧：40W/m2K制冷剂侧：2000W/m2K管闭与肋片热阻，可计算计算热阻所占份额，确定主要热阻环节7/31/202263Problem 2A R22 system having a refrigerating capacity of 55kW operates with t

15、evp=5 and rejects heat to a water-cooled condenser. The compressor is hermetically sealed. The condenser has a U value of 450W/m2K and a heat-transfer area of 18m2 and receives a flow rate of cooling water of 3.2kg/s at a temperature of 30. What is the condensing temperature? 某制冷能力为55Kw的R22系统，在蒸发温度为

16、5下运行，向水冷冷凝器放热。已知压缩机为全封闭式，冷凝器换热系数U =450W/m2K，传热面积为18m2，冷却水温度为30，流量3.2kg/s。求冷凝温度为多少？7/31/202264习题 2解题要点初设Tk，确定Qc根据压焓图，确定制冷剂流量Gr，再确定QcGr*qc根据水冷机组蒸发温度与冷凝温度的关系（如果已知，否则需要压缩机的性能曲线等）： QcQe根据冷凝器的热平衡，求解Tk，是否满足要求如果不满足，则根据计算结果的趋势，再次修正Tk7/31/202265Problem 3What is the UA value of a direct-expansion finned coil evaporator having the following areas: refrigerant side, 15m2; air side prime, 13.5m2; and air-side extended 144m2? The refrigerant side heat transfer coefficient is 1300W/m2K,