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在蒸發(fā)器中,被冷卻介質(zhì)的熱量是通過傳熱壁傳給制冷劑,,使液體制冷劑吸熱汽化,。制冷劑在蒸發(fā)器中發(fā)生的物態(tài)變化,,實際上是沸騰過程,習(xí)慣上稱其為蒸發(fā),。蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果也象冷凝器二樣,,受到制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)、傳熱表面污垢物的熱阻及被冷卻介質(zhì)側(cè)的換熱系數(shù)等因素的影響,。
其中后兩種因素的影響基本上與冷凝器的情況相同,,但制冷劑側(cè)液體換熱系數(shù)與氣體凝結(jié)時的換熱系數(shù)卻有著本質(zhì)上的差別。制冷裝置蒸發(fā)器內(nèi)傳熱溫差不大,,因此制冷劑液體的沸騰總處于泡狀沸騰,。沸騰時在傳熱表面產(chǎn)生許多氣泡,這些氣泡逐漸變大,、脫離表面并在液體中上升,。它們上升后,在該處又連續(xù)產(chǎn)生一個個的氣泡,。沸騰換熱系數(shù)與氣泡的大小,、氣泡的速度等因素有關(guān)。
這里主要分析影響制冷劑液體沸騰換熱的因素,。
1.制冷劑液體物理性質(zhì)的影響
制冷劑液體的熱導(dǎo)率,、密度、粘度和表面張力等有關(guān)物理性質(zhì),,對沸騰換熱系數(shù)有直接的影響。
熱導(dǎo)率較大的制冷劑,,在傳熱方向的熱阻就小,,其沸騰換熱系數(shù)就大。
蒸發(fā)器在正常工作條件下,,蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑與傳熱壁面的溫差,,一般僅有2~5℃,其對流換熱的強烈程度,,取決于制冷劑液體在汽化過程中的對流運動程度,。沸騰過程中,氣泡在液體內(nèi)部的運動,,使液體受到擾動,,這就增加了液體各部分與傳熱壁面接觸的可能性,使液體從傳熱壁面吸熱更為容易,,沸騰過程更為迅速,。密度和粘度較小的制冷劑液體,,受到這種擾動就較強,其對流換熱系數(shù)就越大,。
制冷劑液體的密度及表面張力越大,,汽化過程中氣泡的直徑就較大,氣泡從生成到離開傳熱壁面的時間就越長,,單位時間內(nèi)產(chǎn)生的氣泡就少,,換熱系數(shù)也就小。
一般來說,,氟利昂的熱導(dǎo)率比氨的小,,密度、粘度和表面張力都比氨的大,,因此其沸騰換熱系數(shù)比氨的小,。
2.制冷劑液體潤濕能力的影響
如果制冷劑液體對傳熱表面的潤濕能力強,則沸騰過程中生成的氣泡具有細(xì)小的根部,,能夠迅速地脫離傳熱表面,,換熱系數(shù)也就較大。相反,,若制冷劑液體不能很好地潤濕傳熱表面,,則形成的氣泡根部很大,減少了汽化核心的數(shù)目,,甚至沿傳熱表面形成氣膜,,使換熱系數(shù)顯著降低。
常用的幾種制冷劑均為潤濕性的液體,,但氨的潤濕能力要比氟利昂的強得多,。
3.制冷劑沸騰溫度的影響
制冷劑液體沸騰過程中,蒸發(fā)器傳熱壁面上單位時間生成的氣泡數(shù)目越多,,則沸騰換熱系數(shù)越大,。單位時間內(nèi)生成的氣泡數(shù)目,與氣泡生成到離開傳熱壁面的時間長短有關(guān),,這個時間越短,,則單位時間內(nèi)生成氣泡數(shù)目越多。此外,,如果氣泡離開壁面時的直徑越小,,則氣泡從生成到離開的時間將越短。
氣泡離開壁面時,,其直徑的大小是由氣泡的浮力及液體表面張力的平衡來決定的,。浮力促使氣泡離開壁面,而液體表面張力則阻止氣泡離開,。氣泡的浮力和液體表面張力,,又受飽和溫度下密度差(液體和蒸氣的密度差)的影響,。氣泡的浮力和密度差成正比。液體的表面張力與密度差的四次方成正比,。
所以,,隨著密度差的增大,液體表面張力的增大速度,,比氣泡浮力的增大速度大得多,,這時氣泡只能依靠體積的膨脹來維持平衡,因此氣泡離開壁面時的直徑就大,。密度差的大小與沸騰溫度有關(guān),,沸騰溫度越高,飽和溫度下的密度差越小,,汽化過程就會更迅速,,換熱系數(shù)就更大。
上面說明了在同一個蒸發(fā)器中,,使用同一種制冷劑時,,其換熱系數(shù)隨著沸騰溫度的升高而增大。
4.蒸發(fā)器構(gòu)造的影響
液體沸騰過程中,,氣泡只能在傳熱表面上產(chǎn)生,,蒸發(fā)器的有效傳熱面是與制冷劑液體相接觸的部分。所以,,沸騰換熱系數(shù)的大小與蒸發(fā)器的構(gòu)造有關(guān),。實驗結(jié)果表明,肋片管上的沸騰換熱系數(shù)大于光管,,而且管束上的大于單管的,。這是由于加肋片以后,在飽和溫度與單位面積熱負(fù)荷相同的條件下,,氣泡生成與增長的條件,,肋片管比光管有利。由于汽化核心數(shù)的增加和氣泡增大速度的降低,,使得氣泡很容易脫離傳熱壁面。實驗結(jié)果還表明,,肋片管束的沸騰換熱系數(shù)大于光管管束的,。有資料介紹,在相同的飽和溫度下,,Rl2在肋片管管束的沸騰換熱系數(shù)比光管管束大70%,,而R22的大90%.
根據(jù)以上分析,蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證制冷劑蒸氣能很快地脫離傳熱表面,。為了有效地利用傳熱面,,應(yīng)將液體制冷劑節(jié)流后產(chǎn)生的蒸氣,在進(jìn)入蒸發(fā)器前就從液體中分離出來,,而且在操作管理中,,蒸發(fā)器應(yīng)該保持合理的制冷劑液體流量。
此外,,制冷劑中含油,,對沸騰換熱系數(shù)也有一定影響,而且其影響程度與含油濃度有關(guān),。一般說,,當(dāng)制冷劑含油濃度不大于6%時,可不考慮這項影響,,含油量更大時,,會使沸騰換熱系數(shù)降低。
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