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影响制冷剂液体沸腾换热的主要因素分析

2020-05-0428580

    (1)制冷剂液体物理性质的影响。制冷剂液体的热导率、密度、黏度和表面张力等有关物理性质,对沸腾传热系数有着直接的影响。热导率较大的制冷剂,在传热方向的热阻小,其沸腾传热系数较大。

    在正常工作条件下,蒸发器内制冷剂与传热壁面的温差一般仅有25℃,其对流换热的强烈程度,取决于制冷剂液体在汽化过程中的对流运动程度。沸腾过程中,气泡在液体内部的运动使液体受到扰动,这就增加了液体各部分与传热壁面接触的可能性,使液体从传热壁面吸收热量更为容易,沸腾过程更为迅速。密度和黏度较小的制冷剂液体,受到这种扰动较强,其对流传热系数较大;密度和黏度较大的制冷剂液体,受到的这种扰动较弱,对流传热系数也较小。

    制冷剂液体的密度及表面张力越大,汽化过程中气泡的直径就越大,气泡从生成到离开传热壁面的时间也越长.单位时间内产生的气泡就少,传热系数也就小。

    卤代烃与氨的物理性质有着显著的差别,一般来说,卤代烃的热导率比氨的小,密度、黏度和表面张力都比氨的大。

    (2)制冷剂液体润湿能力的影响。如果制冷剂液体对传热表面的润湿能力强,则沸腾过程中生成的气泡具有细小的根部,能够迅速地从传热表面脱离,传热系数也就较大。相反,若制冷剂液体不能很好地润湿传热面时,则形成的气泡根部很大,减少了汽化核心的数目,甚至沿传热表面形成气膜,使传热系数显著降低。

常用的几种制冷剂均为润湿性的液体,但氨的润湿能力要比卤代烃的润湿能力强得多。

    (3)制冷剂沸腾温度的影响。制冷剂液体沸腾过程中,蒸发器传热壁面上单位时间生成的气泡数目越多,则沸腾传热系数越大。而单位时间内生成的气泡数目,与气泡从生成到离开传热壁面的时间长短有关,这个时间越短,则单位时间内生成气泡数目越多,反之亦然。此外,如果气泡离开壁面时的直径越小,则气泡从生成到离开的时间将越短。气泡离开壁面时,其直径的大小是由气泡的浮力及液体表面张力的平衡来决定的。浮力促使气泡离开壁面.而液体表面张力则阻止气泡离开。气泡的浮力和液体表面张力又受饱和温度下液体和蒸气的密度差的影响,气泡的浮力和密度差成正比,而液体的表面张力与密度差的四次方成正比。所以,随着密度差的增大,则液体表面张力的增大速度,比气泡浮力的增大速度大得多,这时气泡只能依靠体积的膨胀来维持平衡,因此气泡离开壁面时的直径就大。相反,密度差越小,气泡离开壁面的直径就越小。而密度差的大小与沸腾温度有关,沸腾温度越高,饱和温度下的液体与蒸气的密度差越小,汽化过程就会更迅速.传热系数就更大。

    以上分析说明,在同一个蒸发器中,使用同一种制冷剂时,制冷设备传热系数随着沸腾温度的升高而增大。

    (4)蒸发器构造的影响。液体沸腾过程中,气泡只能在传热表面上产生。蒸发器的有效传热面是与制冷剂液体相接触的部分,所以,沸腾传热系数的大小,除了与制冷剂的性质等因有关外,还与蒸发器的结构有关。实验结果表明,翅片管的沸腾传热系数大于光管,而且管束的沸腾传热系数大于单管。这是由于加翅片以后,在饱和温度与单位面积热负荷相同的条件下,气泡生成与增长的条件,翅片管比光管有利。由于汽化核心数的增加和气泡增大速度的降低,使得气泡很容易脱离传热壁面。而管束上的沸腾传热系数大于单管,是由于下排管子表面上产生的气泡向浮起时,引起液体附加扰动的结果。附加扰动的影响程度与蒸发压力、单位面积热负荷、管排间距等有关。实验结果还表明,翅片管束的沸腾传热系数大于光管管束。例如,在相同的饱和温度下,R12在翅片管管束的沸腾传热系数,比光管管束大70%,H22则大90%,

    根据以上分析,蒸发器的结构应该保证制冷剂蒸气能很快地脱离传热表面。为了有效地利用传热面,应将液体制冷剂节流后产生的蒸气,在进入蒸发器前就从液体中分离出来,而且在操作管理中,蒸发器应该保持合理的制冷剂液体流量,否则也会影响蒸发器的传热效果。

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