冷水機制冷系統(tǒng)中冷凝器工作原理

冷水機制冷系統(tǒng)中冷凝器工作原理

       冷凝器是冷水機制冷系統(tǒng)的主要換熱部件之一。由壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸氣在其內(nèi)向冷卻介質(zhì)放熱冷凝成為制冷劑液體，制冷荊在蒸發(fā)器內(nèi)吸收的被冷卻物體的熱量以及壓縮過程耗功轉(zhuǎn)化成的熱量在冷凝器內(nèi)向冷卻介質(zhì)（水或空氣等）放出，從而使制冷劑溫度下降實現(xiàn)制冷循環(huán)。制冷劑冷凝過程中也會呈現(xiàn)復(fù)雜的兩相流狀態(tài)，                    制冷劑進入冷凝器的熱量實際上包括以下三部分：

    (1)蒸發(fā)器吸收的熱量。即液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時從被冷卻物體中吸收的熱量。

    (2)壓縮功轉(zhuǎn)變的熱量。即低溫低壓的制冷劑蒸氣在壓縮機中受壓縮時接受由外加機械功轉(zhuǎn)化的熱量。

    (3)低溫管道吸收的熱量。即低溫的制冷劑在管道和設(shè)備中流動時從外界傳人的熱量。

制冷劑在冷凝器中冷凝為液體，經(jīng)過以下三個放熱過程：

    (1)過熱蒸氣冷卻為干飽和蒸氣。由壓縮機排出的高壓高溫過熱蒸氣經(jīng)過放熱，變?yōu)槔淠郎囟?、冷凝壓力下的干飽和蒸氣。這個過程較快，占用管道長度很短。

    (2)干飽和蒸氣冷卻為飽和液體。在保持冷凝壓力不變的條件下，干飽和蒸氣在冷凝管中流動、放熱，逐漸凝結(jié)為飽和液體，成為氣、液兩相混合的濕蒸氣。這個過程占用冷凝管道較長，放熱量較大。

    (3)飽和液體冷卻為過冷液體。飽和液體在冷凝器中繼續(xù)放熱，制冷劑液體溫度將下降至冷凝溫度以下，但壓力仍為冷凝壓力，放此時的制冷荊液體成為過冷液體。這個過程在冷凝器的末端，放熱量雖少，但過冷液體的過冷度對制冷量有較大影響。

    冷凝器的傳熱量和換熱面積、傳熱溫差及傳熱系數(shù)有關(guān)。同蒸發(fā)器一樣，對巳選定的冷凝器而言，換熱面積一定，因此除提高冷凝器的傳熱溫差外，主要應(yīng)設(shè)法提高冷凝器的傳熱系數(shù)，因此應(yīng)了解影響冷凝器傳熱的因素。

    (1)制冷劑特性對冷凝器傳熱的影響。影響冷凝器傳熱特性的主要是制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、黏度、密度等。導(dǎo)熱系數(shù)大的制冷劑能減小制冷劑內(nèi)部以及與換熱壁面之間的導(dǎo)熱熱阻，增大傳熱系數(shù)。當(dāng)比熱和密度大時，單位容積的制冷劑就可以攜帶更多的熱量，故其以對流抉熱方式轉(zhuǎn)移熱量的能力就大，當(dāng)然傳熱系數(shù)也大。黏度下降、密度增大、汽化潛熱增大時，都能使制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)增大。

    (2)冷卻介質(zhì)的特性對冷凝器傳熱的影響。空氣和水是制冷裝置中冷卻介質(zhì)。由于水的熱容量大于空氣的熱容量，因此用水作冷卻介質(zhì)的冷凝器的傳熱性能要優(yōu)于用空氣作冷卻介質(zhì)的冷凝器的傳熱性能。冷凝器的傳熱性能除與其物理性質(zhì)有關(guān)外，還與其流動速度(一般冷凝器內(nèi)水流速度為0. 8～1.5 m/s，空氣流速約為2～4 m/s)、流動途徑及流動方式（如自然對流、強迫對流等）等外界因素有關(guān)。流速大，流動的幾何形狀和流動的途徑合

理，則傳熱系數(shù)增大。

    (3)換熱面狀況對冷凝器傳熱的影響。如冷卻壁面光潔、液膜流動阻力就較小，凝結(jié)的制冷劑液體就能較快地流去，使液膜層減薄，放熱系數(shù)就能相應(yīng)增大。但當(dāng)凝結(jié)雷諾效大于140后，粗糙的冷凝器傳熱表面的傳熱系數(shù)有可能高于光滑管。當(dāng)換熱面上形成油膜時，顯然增大了傳熱熱阻而不利于冷凝器傳熱。

    (4)冷凝器結(jié)構(gòu)形式對冷凝器傳熱的影響。不論何種結(jié)構(gòu)的冷凝器，在結(jié)構(gòu)形式上都應(yīng)注意設(shè)法使制冷劑凝液迅速地從冷卻壁面離開。另外，在冷凝器換熱管制冷劑側(cè)的管壁上加肋，可增大換熱面積，提高換熱效果。

    (5)不凝性氣體對冷凝器傳熱的影響。在制冷系統(tǒng)中，經(jīng)常會存在空氣等一些不凝性氣體。不凝性氣體會積聚在制冷荊液膜層附近形成氣體層，這顯然影響了制冷劑蒸氣的迸一步凝結(jié)放熱。為防止系統(tǒng)中積聚過多的不凝性氣體，通常在制冷裝置中設(shè)有空氣分離器，用以及時排除不凝性氣體。在小型氟利昂裝置中，一般不專設(shè)空氣分離器，