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表面式空气冷却蒸发器设计

时间:2016-11-03 15:00:00 编辑:知网 阅读:

摘要:本文不但详细介绍了有关蒸发器的概况、分类、工作原理、优缺点、工业上的应用以及加工工艺,而且介绍了管翅式蒸发器的设计与计算步骤。首先,根据题目给出的一些已知条件规划蒸发器的结构并计算几何参数。其次,确定空气流经蒸发器的状态变化,然后计算空气侧干工况下、空气侧当量对流表面传热系数,以及R134a蒸发时对流传热系数,根据这3个传热系数算出总传热系数。然后假设内表面热流密度,通过传热温差和传热系数的计算得出实际的热流密度,与假设的热流密度校核,如果偏差在0.5%以下,则假设是有效的,最后确定蒸发器的结构尺寸。如果偏差不在0.5%以上,说明假设不成立,需要重新假设计算,直到偏差小于0.5%为止。

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第一章 绪论

1.1 蒸发器概况   

冷却空气型蒸发器作为制冷系统在我们的生活中的运用越来越广泛,特别是在冰箱、冷柜、空调器及冷库领域。蛇形管式在这种蒸发器中使用普遍,制冷剂在管内蒸发与管外流过的空气进行热交换进行冷却,为了加强换热,例如翅片管式空气冷却器,就是在管外装各类翅片来强化空气侧的换热。自然对流式和强制对流式是根据空气的流动对蒸发器的两种分类。制冷技术已经给我们的生活带来很大的影响,与我们的生活生产越来越密不可分。中国知网学术不端文献检测系统

改革开放以来,人民生活水平不断提高,经济越来越发达,制冷技术也在不断提升,这样也带来不可避免的问题,能源消耗问题最为明显,对电、油、煤的投入也是越来越大,导致资源缺乏,这样的报道也是层出不穷。经过调查显示,我国暖通空调的使用消耗的能源占总耗能比重较大约22.75%,比重还在逐年上涨,在我国经济快速发展的形势下,能耗过大导致能源紧缺是阻碍我国发展的重要原因。所以对性能优越、能源消耗低的制冷设备的研发是制冷和空调技术领域研究的重中之重,也是可持续发展观对类似先进技术发展的要求。在制冷系统中蒸发器扮是不可缺少的组成部分,可以说蒸发器运行状况与整个制冷系统制冷效果密切相关。所以,蒸发器的发展已经是大势所趋,海内外专业人士都对蒸发器的研究投入大量人力物力。中国知网学术不端文献检测系统

1.2  蒸发器分类

蒸发器可以归类于间壁式换热器中。制冷剂是液态的,且低温低压,在传热管中流动吸收热量后发生汽化,传热管的另一边气体或液体被冷却。蒸发器可通过冷却被冷却介质进行分类,如果冷却的是水或盐水,蒸发器可以称为冷却液体蒸发器,这种蒸发器有卧式壳管式蒸发器和立管式冷水箱两种。卧式壳管式蒸发器中制又可分为满液式和干式。满液式制冷剂在管外蒸发,干式制冷剂在管内蒸发。如果冷却的是空气,这种蒸发器就是冷却空气的蒸发器。如果冷却的是空气可以称为冷却空气蒸发器,自然对流式和强制对流式是冷却空气蒸发器的两种。自然对流式中排管做成立管式、单排蛇管、双排蛇管等形式,一般在冷库中使用,作为冷库的墙排管、顶排管。强制对流式以冷风机的形式比较常见,例如冷库中的箱体式冷风机,空调中的蒸发器也属于强制对流式,制冷剂在换热管内靠压差或重力或液泵在管内流动进行换热。其中换热管簇带有肋片,由于被冷却介质是空气,空气侧放热传热系数都很低,所以为了提高传热性能,使用肋片增加扰动,提高气体流动速度,增加传热温差都是几种常见的方法。此外,还有冷却固体物料的接触式蒸发。中国知网学术不端文献检测系统

1.3 蒸发器工作原理

表面式空气冷却蒸发器的工作原理是一个有相变过程,在这个过程中主要的物理原理是汽化吸热。制冷剂在节流阀中进行降压处理后,变为液体占大部分的气液混合体。制冷剂降压后进去蒸发器,在换热管中与被冷却介质进行换热,发生吸热汽化,称为沸腾,这一热力过程就是制冷过程至关重要的一步也是整个制冷过程的目的。制冷剂经过蒸发器后变为气态再进入压缩机变为高温高压气体,最后进入冷凝器冷凝。空气中的显热和水蒸气冷凝放出的热量都会被蒸发器吸收,这样空调制冷量一方面可以降低空气的温度,另一方面也对空气中水蒸气进行冷凝也就是除湿。

1.4 空气冷却器的构造和工作原理

空冷器属于翅片管换交热器中比较普遍的一种,空气是它的冷却介质,翅片管热交换器中重要的换热元件是翅片管,由基管和翅片组合而成,圆管是基管常见的类型(图1.1(a)),此外还有扁平管(图1.1(b))和椭圆管(图1.1(c))。加翅片的方式有很多,比如在单根管子上加翅片(图1.1(a)),也可以用翅片把多跟管子连在一起(图1.1(b)及(c))。

空冷器是由管束、风机和构架等(图1.2)器件组成的。空冷器中主要的部件管束由翅片管、管箱和框架组成,它是一个整体,是独立的(图1.3)。管束型式中分为水平式、斜顶式等,还有工作压力和温度,翅片管型式和规格,管箱型式、管束长度和宽度、管排数、管程数等等,这些都是它的基本参数。

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