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多孔扁管冷凝器设计_黎瑶 科技资讯 ２０１１　　ＮＯ．０７ ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 工　程　技　术 多孔扁管冷凝器设计① 黎瑶 (南航航空航天大学 南京 210016) 摘 要:介绍了管片式、管带式、平流式冷凝器形式的结构特点。对换热量为25kW的液冷式小水力直径多孔扁管冷凝器的结构尺寸进行设计计算。设计出的尺寸结构较传统换热器要小,并满足设计的换热和压降要求。关键词:平流式冷凝器 多孔扁管 小水力直径中图分类号:TB1文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)03(a)-0062-01 多孔扁管平流式冷凝器采用微通道(水力直径(＜1mm))内冷凝技术[1],换热效率要比管片式高。传统的平流式冷凝器,空气作为冷却介质,由于空气热容小,所以常用在车用空调或家用空调等换热量小或对体积要求不严格的场合。在换热量大并且对整体体积更为严格要求的场合,可将热容较大的液体(如水)作为冷却介质,对于这类的液冷式多孔扁管冷凝器的设计研究具有重要意义。 1 冷凝器介绍 1.1管片式冷凝器 管片式冷凝器也叫翅片管式冷凝器,是汽车空调较早使用的换热器形式,也是传统空调系统中普遍采用的换热器形式。一般由圆管和各种形式的翅片组成,采用套片法工艺,将翅片安装在圆管之上。1.2管带式冷凝器 管带式冷凝器的特点是采用多孔扁管和波纹型翅片扩展表面,单位体积的换热面积大,属于紧凑式换热器。管带式冷凝器制冷剂侧使用多孔扁管。压缩机出口的高温高压气态制冷剂进入扁管分流,在各自的扁管通道内流动,其间经过空气侧空气的不断换热,逐渐由过热气态变成气液两相态再变成过冷液态。空气侧使用百叶窗翅片,空气被强制以垂直于制冷剂管道的方向流过,与扁管内制冷剂进行热交换。1.3平流式冷凝器 平流式冷凝器是由管带式冷凝器发展演变而成的一种紧凑式换热器,由多孔扁管和波纹型百叶窗翅片组成。平流式冷凝器结构与管带式非常类似。与管片式和管带式冷凝器相比,平流式的换热性能进一步提高,在制冷、空调、化工等工业领域被广泛采用。此类换热器的特点是结构紧凑、换热系数高、质量轻、耐压能力强。平流式冷凝器扁管流道截面为矩形、三角形或圆形,内壁为光管或加内翅片。换热器扁管间有波纹状、带百叶窗的翅片。 平流式冷凝器由多孔扁管和集流管组成。与管带式不同的是,平流式冷凝器的扁管是每根截断的,集流管在冷凝器两端。依据集流管是否分段,冷凝器又可分为多元平流式和单元平流式。多元平流式集流管内有隔板,将冷凝器分成扁管数不等的多个流程,可以在不改变扁管的数量,尺寸及其生产工艺的情况下,只是调节流程之间 的扁管数,就可在一定程度上提高冷凝器的换热性能。 多元平流式冷凝器扁管内部流动阻力与管带式相比大大降低,同时又能保证制冷剂在过冷液体区有较高的流速和换热系数,从而总体传热性能明显提高。这种变流程设计,使冷凝器体积更为紧凑,使制冷剂的流动和换热情况更加合理,总换热能力与管带式相比可提高30％以上[2]。制冷剂在小水力直径(＜1mm)多孔扁管内流动和换热特性比普通扁管要好。国外学者对小水力直径矩形多孔扁管,采用R12制冷剂进行了冷凝传热实验研究,试验表明,在液体过冷区和两相区,冷凝传热系数都随热流密度的增大而增大。 2 冷凝器设计 现对一负荷为25kW,冷凝温度为65℃,入口温度为96℃,出口温度61℃,使用R134a制冷剂的冷凝器进行设计计算。要求冷凝器尺寸长度小于0.45m,宽度小于0.18m。 冷凝器采用液冷式,水作为冷却流体,热容比空气大,从而减小换热器整体体积。制冷剂和水都在各自的扁管内流动,冷热流体不发生混合。水的入口温度为55℃。 为了获得较高的换热效率,冷凝器采用逆流式结构,而以往的平流式换热器流动形式为叉流。在逆流式换热器中,两股流体平行流动,但方向相反。制冷剂侧与水侧扁管通道间隔布置,在理想状态下,这种流动方式的换热器在相同参数时效率比顺流和叉流布置的换热器高。在一给定的横截面,换热器壁面的温差最小。相比另外两种流动形式,在相同性能下这种换热器的壁面热效应力最小。 根据制冷剂的流动状态的变化(入口过热态,中间两相态,出口过冷状态),将冷凝器设计为三流程,即过热段,两相段,过冷段。每个流程内分别用集总参数法进行设计计算,制冷剂过热段的出口状态参数即为两相段的入口状态参数,两相段出口状态参数即为过冷段的入口状态参数。在这三个流程段里,两相段的换热量最大,过热段次之,而过冷段换热量最小。在设计中,考虑到过热段制冷剂为气态,热容小,气态段换热能力差,减少过热段的通道层数可以提高此段的换