熱交換設(shè)備是制冷系統(tǒng)中主要的設(shè)備,它們傳熱效率的高低直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)行。因此， 對其進(jìn)行一些簡單的熱力分析是必要的。
熱交換設(shè)備的傳熱量大小與換熱面積、傳熱溫差、傳熱系數(shù)的大小成正比。
對已選定的設(shè)備 來說,其換熱面積是一定的,因此在正常使用中要提高設(shè)備單位面積傳熱量,除了提高設(shè)備內(nèi)冷 熱流體間的傳熱溫差外,更重要的是提高設(shè)備的傳熱系數(shù)。
這是因?yàn)樘岣咴O(shè)備內(nèi)冷熱流體間的傳熱溫差不僅要受到客觀條件的限制，而且還會增大傳熱的不可逆損失。
傳熱系數(shù)是反映傳熱過程強(qiáng)弱的重要指標(biāo),它受各種傳熱因素的影響,即取決于設(shè)備中冷熱 流體的熱物理性質(zhì)、流動情況、傳熱表面特性以及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素。
分析這些影響因素有利 于在熱交換設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、管理、操作維修中采取相應(yīng)的措施來提高其傳熱性能。
不同的制冷劑表現(xiàn)出各自的特性,影響傳熱的因素主要是制冷劑的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度等。
導(dǎo)熱系數(shù)較大的制冷劑,能減小制冷劑內(nèi)部以及與換熱壁面間的導(dǎo)熱熱阻,增大傳熱系 數(shù)。當(dāng)比熱和密度大時(shí),單位容積制冷劑就能攜帶更多的熱量,故其對流換熱方式轉(zhuǎn)移熱量的能 力就大,傳熱系數(shù)也大。
當(dāng)粘度大時(shí),會使制冷劑的流動阻力增大,使其傳熱性能降低。同時(shí),制 冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、密度與粘度等因素還受到溫度的影響。
對冷凝器而言,制冷機(jī)壓縮后的制冷劑過熱蒸氣在冷凝器壁面上的放熱是一個(gè)冷卻冷凝過 程。
在冷卻階段制冷劑以顯熱的形式向冷凝器壁面放熱;在冷凝階段制冷劑以膜狀凝結(jié)和珠狀 凝結(jié)兩種不同的換熱形式向冷凝器壁面放出凝結(jié)潛熱。
制冷劑蒸氣在冷凝器中的凝結(jié)主要屬于 膜狀凝結(jié)。
從換熱效果看,在珠狀凝結(jié)的情況下,由于壁面上沒有形成液膜,因此熱阻較小,在相 同的溫差(飽和溫度與冷壁面溫度之差)下,其放熱量可以達(dá)到膜狀凝結(jié)的15- -20倍。在膜狀凝 結(jié)時(shí)形成的液膜,將使制冷劑的熱阻增大,傳熱系數(shù)降低。
因此理想情況是避免液膜增厚并能使 其迅速與傳熱面分離。當(dāng)蒸氣與冷凝液膜同向運(yùn)動時(shí),液膜與傳熱面的分離較快,因此這時(shí)的放 熱系數(shù)也較高。
當(dāng)液膜與蒸氣反向運(yùn)動時(shí),則傳熱系數(shù)可能降低,也可能增大。
這將取決于蒸氣 的流速,當(dāng)蒸氣流速較小時(shí),則液膜變厚,傳熱系數(shù)降低;當(dāng)蒸氣流速較大時(shí),液膜層會被燕氣帶 著運(yùn)動以致較快地與傳熱表面脫離，使傳熱系數(shù)增大。
而對于蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑液體吸收熱量后氣化沸騰，一開始蒸氣僅在加熱表面上一些突起 的小點(diǎn)上生成,這些個(gè)別小點(diǎn)形成氣化的核心。
氣化核心生成的數(shù)量多少與加熱表面上液體過 熱程度有關(guān)。液體的過熱程度取決于制冷劑飽和溫度t,與換熱壁面溫度tw 間溫差Ot,Ot,值 越大則單位面積熱負(fù)荷亦越大。
隨著Ot 的增大,生成氣化核心數(shù)目就越多,氣泡從生成到離開 傳熱表面的時(shí)間也越短,從而促使蒸發(fā)器的放熱系數(shù)和單位面積傳熱量的增大。
當(dāng)Ot 值增大 到一定程度時(shí),則蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)和單位面積傳熱量就不再隨之增大反而會發(fā)生急劇下降。
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