蒸發器中氨液單相對流換熱初探

tags: 蒸發    時間:2014-03-11 14:54:56
蒸發器中氨液單相對流換熱初探簡介
     在現行製冷系統中,無論是重力供液,還是氨泵供液,氨液在蒸發器中都是沸騰換熱。在氨泵供液系統中,由於……
蒸發器中氨液單相對流換熱初探正文
     在現行製冷系統中,無論是重力供液,還是氨泵供液,氨液在蒸發器中都是沸騰換熱。在氨泵供液系統中,由於氨泵供液量數倍於氨液在蒸發器中的實際蒸發量,蒸發器換熱面積得到較充分的利用,平均換熱係數有所提高;此外,氨液的沖刷作用減少了潤滑油在換熱面上的沉積,減少了蒸發器的傳熱熱阻。由於以上原因,氨泵供液得到了廣泛應用。近年來,聞聽國外有的凍干機生產廠家應用氨液單相對流換熱的蒸發器(從準確意義上來說,這種換熱器已不能稱為蒸發器)作為水蒸氣捕集器,國內凍干機生產廠家也有效仿,並取得滿意的效果。基於此種背景,本文擬就蒸發器中氨液單相對流換熱進行初步探討,希望得到專家教正。


一、蒸發器中氨液單相對流換熱製冷系統?

該系統與氨泵供液系統大同小異。來自高壓貯液桶的高壓氨液經節流閥1進入低壓循環貯液桶。低溫氨液經氨泵加壓送入蒸發器中。高壓氨液在蒸發器中吸熱升溫,由於氨液壓力高,升溫后的氨液仍處於過冷狀態,不會沸騰氣化。升溫后的氨液離開蒸發器,經節流閥2節流後進入低壓循環貯液桶,部分氨液氣化為氨蒸氣。節流閥1和節流閥2節流產生的氨蒸氣一併被壓縮機吸入,壓縮后經油氨分離器至冷凝器中,被冷凝為氨液,流入高壓貯液桶,完成製冷循環。?

與現行氨泵供液系統相比,系統中增加了供迴流氨液節流降壓的節流閥2。節流閥2在系統中的作用是:使蒸發器中流動的氨液處於高壓過冷狀態,防止氨液在蒸發器中沸騰氣化;同時使在蒸發器中吸熱后的氨液節流進入低壓循環貯液桶,以部分氨液的氣化使剩餘的氨液冷卻降溫。這種製冷循環在壓一焓。?

製冷循環 圖中6-7表示氨泵的加壓過程(近似等焓等溫過程),7-8表示氨液在蒸發器中的吸熱升溫過程(近似等壓過程),8-9表示節流閥2的節流過程。

二、壓縮機的吸氣量?

設氨液沸騰換熱時蒸發器的換熱量與氨液單相對流換熱時蒸發器的換熱量相同,均為Q0。

氨液沸騰換熱時,壓縮機的吸氣量G包括兩部分,一是4-5節流過程產生的氨蒸氣G1,二是蒸發器中氨液蒸發形成的氨蒸氣G2。



G=G1+G2



   kg/s
 (1)



G2=Q0/r


 
 kg/s
 (2)

式中r為蒸發溫度下飽和氨液的氣化潛熱。

氨液單相對流換熱時,流經蒸發器的氨液流量設為G3,在蒸發器中的吸熱量為:



Q0=G3(h8-h7)
 W

流量C3氨液經節流后產生的氨蒸氣量為G2'由能量平衡可知:



h9=[G2'h1+(G3-G2')h6]/G3



 =[G2'(h1-h6)+G3h6]/G3



 =h6+G2'/G3(h1-h6)



 G3(h9+h6)=G2'(h1-h6)

考慮到h9=h8、h6=h7、h1-h6=r,得到:



 G2'=[G3(h8-h7)/r=Q0/r
 kg/s
(3)?

比較式2、式3、,可知G2=G2′。這說明了,氨液在蒸發器中單相對流換熱時,經節流閥2節流產生的氨蒸氣的量與氨液沸騰換熱時氨液在蒸發器中的蒸發量是相同的,壓縮機吸入的氨蒸氣的循環量也是相同的,均可表示為:



 G=G1+G2=Q0/(h1-h5)

 kg/s
(4)?

因此,兩種製冷方式中,所需製冷壓縮機的容量相同,耗功也相同。


三、蒸發器的傳熱係數?

改用氨液單相對流換熱后,由於其他傳熱熱阻不變,只要比較一下氨液單相對流換熱係數與氨液沸騰換熱係數的大小,便可判斷蒸發器的傳熱係數的變化。

目前氨液在管內沸騰換熱係數的計算資料較缺乏。文獻1介紹,氨液沸騰時的換熱係數處於600~1200kcal/(m2h·℃),文獻2介紹,氨液在水平管內的沸騰換熱係數可用下式計算:



 ɑ=6.79qn0.7kcal/(m2·h·℃)

(5)

若管內表面的熱流密度qn處於1000~2000kcal/(m2·h),按上式計算的換熱係數為



 ɑ=855~1390kcal/(m2·h·℃),即ɑ=994~1615w/(m2·℃)。

氨液在管內單相對流換熱時,若流動處於紊流狀態,可用下式計算對流換熱係數:
?

 Nu=0.023Re0.8Pr0.4?



 (6)

-30℃的氨液(其物性參數為:λ=0.549W/(m·℃),ν=0.376×10-6m2/s,Pr=2.07)在Φ32×2.5的無縫鋼管內以不同的流速流動時的對流換熱係數如表1所示。

表1氨液管內單相對流換熱係數 流速


 m/s0.150.20.30.40.5對流換熱係數
 w/(m2·℃)10521325183223062757

由表1可知,氨液單相對流換熱係數不小於氨液沸騰換熱係數,至少具有相同的數量級。考慮到蒸發器的傳熱熱阻主要在空氣側,因此,採用氨液單相對流換熱后,蒸發器的傳熱係數不會減小。


四、蒸發器的傳熱溫差?

與氨液沸騰換熱相比,氨液單相對流換熱時,由於氨液出口溫度升高,蒸發器的傳熱溫差有所減小。設空氣進、出冷風機
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