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空冷式冷凝器也称风冷式冷凝器,制冷剂在管内冷凝,制冷剂放出的热量被空气带走。这种冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。由于空气的对流传热系数很低(25~35 W/m·2K),空冷式冷凝器的传热效率不如水冷式,冷凝温度与冷凝压力均较高。
另外,在换热负荷一定的情况下,空冷式冷凝器所需传热面积比水冷式冷凝器大,故而设备体积和质量均庞大,占地大。但是可冷热两用,初投资低,系统维护管理相对简单。空冷式冷凝器在工程实际中的应用十分广泛,既可用于制冷系统,也广泛应用于空调系统。其大的优点是不需冷却水,因此特别适用于缺水地区或者供水困难的场合,在小型制冷空调领域应用尤为广泛。
3)蒸发式冷凝器
蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础,制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走。制冷剂在管内流动,冷却水在管外喷淋蒸发时吸收气化潜热,使管内制冷剂冷却和冷凝。蒸发式冷凝器中,省去了冷却水在冷凝器中的显热传递阶段,使冷凝温度更接近空气的湿球温度,可比水冷式冷凝器系统低3~5℃,从而大大降低压缩机的功耗,耗水量只有水冷式冷凝器系统的1/3左右。
我国蒸发式冷凝器的开发和应用相对滞后,以往多应用于大型的氨制冷系统。近年来,由于电力资源紧张和水资源匮乏,蒸发式冷凝器作为一种节能节水型换热设备,其研究和应用得到了广泛重视,促进了蒸发式冷凝器产品技术的成熟和进一步应用。目前,已有一些生产厂家在结构上对其进行了完善,使之应用于中央空调机组。
对于那些需要进行控制的冷冻空调系统和运行环境恶劣的场合,蒸发式冷凝器更容易满足工艺控制要求。工程应用表明,采用该产品替代传统的“水冷式冷凝器+凉水塔”方式,增加的初投资一般能在一年左右即可收回,经济效益明显。
2、冷凝器中常用的强化传热翅片管
传热过程是热量从一种流体通过固体壁面传给另一种流体的过程。工程实际中,强化换热器的换热性能主要从强化两侧介质与换热管内、外壁之间的对流换热过程入手。常用的强化传热技术有:
(1)表面涂层;
(2)粗糙表面;
(3)扩展表面;
(4)各种内外螺纹管;
(5)扰流元件;
(6)添加物;
(7)冲击传热。在各种强化传热技术中,在壁面上加装翅片,作为增强传热的一个主要手段,在工程中得到广泛应用。翅片管式换热器具有传热、结构紧凑等特点,已被广泛地应用于制冷空调装置、航空航天设备、太阳能集热器和电子设备等各个领域中。在冷凝器中的应用尤为普遍。
翅片管的种类很多,而且还在不断涌现新的品种,在这方面的研究也较多[4~6]。大体上可按加工工艺、翅片形状、材质、用途等几个方面对翅片管进行分类。在冷凝器中,常用的翅片管有以下几种形式。
1)内螺纹管
2)整体型螺旋翅片管
3)螺旋槽管
螺纹类翅片管、套片式翅片管、波纹管、螺旋扭曲管、螺旋绕片管等传热元件在冷凝器中得到了广泛的应用,传热效果得到了显著提高。除此之外,新齿形传热管还在不断出现。与光管相比,它们具有下述共同特点:
(1)不同形状的翅片均可使传热壁面变得粗糙,从而破坏静止的层流边界层,提高对流换热系数,使换热得到不同程度的强化;
(2)在负荷一定的条件下,冷凝器所需面积可大大减小;
(3)根据大多数人的常识,粗糙的翅片管表面容易引起结垢;事实上,由于粗糙表面引起的紊流破坏了静止的附面层,会使污垢难于附着;即使有污垢附着,污垢也呈现离散的鳞片状,设备运行中温度的变化使管子发生膨胀和收缩,会因污垢与管壁材料间的胀差巨大而引起剥离,在介质的冲击下自行脱落。而光管垢层为圆柱体,无任何自脱力。因此,翅片管的结垢情况并不比光管严重多少。
冷凝器的应用范围十分广阔,特别是在制冷空调系统中。冷凝器作为主要的传热设备之一,其性能的好坏直接影响到装置的总体工作性能。因此,冷凝器传热过程的强化得到了越来越广泛的重视。
为了提高冷凝设备的整体性能,通过管子形状或表面性质的改造来强化传热过程以提高冷凝器的效率,已成为国内外冷凝器发展的一种趋势。柏恩翅片管换热器所采用的紧凑型串片式管片系统,它是一种新型的传热元件。其独特的片型结构和加工工艺流程,使得空冷器产品具有更加紧凑的外形尺寸,更高的换热效率和更轻的重要。
管子两侧的换热系数如果相差很大,则应该在换热系数小的一侧加装翅片。
:锅炉省煤器,管内走水,管外流烟气,烟气侧应采用翅片。
:空气冷却器,管内走液体,管外流空气,翅片应加在空气侧。
:蒸汽发生器,管内是水的沸腾,管外走烟气,翅片应加在烟气侧。
应注意,在设计时,应尽量将换热系数小的一侧放在管外,以便于加装翅片。
如管子两侧的换热系数都很小,为了强化传热,应在两侧同时加装翅片,若结构上有困难,则两侧可都不加翅片。在这种情况下,若只在一边加翅片,对传热量的增加是不会有明显效果的。
:传统的管式空气预热器,管内走空气,管外走烟气。因为是气体对气体的换热,两侧的换热系数都很低,管内加翅片又很困难,只好用光管了。
:热管式空气预热器,虽然仍是烟气加热空气,但因烟气和空气都是在管外流动,故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管,使传热量大大增加。
如果管子两侧的换热系数都很大,则没有必要采用翅片管。
:水/水换热器,用热水加热冷水时,两侧换热系数都足够高,就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热,可采用螺纹管或波纹管代替光管。
:发电厂冷凝器,管外是水蒸汽的凝结,管内走水。两侧的换热系数都很高,一般情况下,无需采用翅片管。
下面举几个传热过程的实例:
【例1】:一个蒸汽加热器,用管内的蒸汽加热翅片管外的空气,这是一个典型的传热过程:热量从管内的热流体(蒸汽的凝结)通过翅片管的管壁传给冷流体(空气)。
【例2】:某一翅片管式锅炉省煤器,热量从管外流动的高温烟气通过管壁传给管内的冷流体——水,这也是一个典型的传热过程。
【例3】:家用暖气片,暖气片内流动的是热水,暖气片外是室内空气的自然对流。从内部的热水通过暖气壁面传给冷流体——空气的过程是一个典型的传热过程。
应当指出,在稳定状态下,传热量Q在任一分过程中保持同一数值,即传入的Q值等于传出的Q值。所谓稳定状态,是指系统和设备的各点温度不随时间而变化时的状态。
翅片管换热器广泛应用于家庭、商业和工业制冷空调系统中。采用翅片管换热器作为蒸发器和冷凝器的空调系统,使用一定年限后翅片表面会形成灰尘和微生物等空气侧污垢,影响蒸发器的性能。本文通过实验,研究微生物污垢对翅片管换热器换热和压降特性的影响。为了减少亲水层脱落与接触热阻的影响,实验中使用全新的换热器。为了加快实验进程,采用人工加速培养微生物生长的方法模拟翅片表面生长微生物污垢。
1)、轧制成型翅片管(extruded fin tube);
2)、焊接成型翅片管(高频焊翅片管、埋弧焊翅片管);
3)、滚压成型翅片管;
4)、套装成型翅片管;
5)、铸造翅片管;
6)、张力缠绕翅片管;
7)、镶片管。
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