認(rèn)識(shí)換熱器：
換熱器在商用空調(diào)系統(tǒng)中的作用和型式：
換熱器在商用空調(diào)系統(tǒng)中的作用：
1、空調(diào)系統(tǒng)中必不可少的部件
——空調(diào)器甚至可以不要壓縮機(jī)和膨脹閥，但不能不要換熱器；
2、其成本在空調(diào)器中占非常突出的比（20%~40%）
3、換熱器生產(chǎn)是空調(diào)器廠商自主制造的的主要部件
4、其性能直接影響空調(diào)器的性能和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性
——換熱器故障往往造成空調(diào)系統(tǒng)徹底崩潰，帶水系統(tǒng)的空調(diào)器往往會(huì)報(bào)廢；
——換熱器的維修、保養(yǎng)困難，其質(zhì)量控制是空調(diào)器質(zhì)量的非常重要的部分。
空調(diào)系統(tǒng)中常見的換熱器型式：
按結(jié)構(gòu)形式：
翅片管式（制冷劑/空氣、載冷劑/空氣）
殼管式（制冷劑/載冷劑）
套管式（制冷劑/載冷劑）
板式（制冷劑/載冷劑）
冷卻塔（水/空氣）
按換熱介質(zhì)形式：制冷劑/空氣——翅片管式
制冷劑/載冷劑（殼管式/套管式/板式）
水/空氣（冷卻塔）
按功能分：蒸發(fā)器、冷凝器、末端盤管、冷卻塔
蒸發(fā)器是吸收熱量（輸出冷量）的熱交換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)制取冷量的目的；
冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，它將制冷劑從蒸發(fā)器吸取的熱量以及由壓縮功而轉(zhuǎn)化的熱量一起傳給冷卻介質(zhì)。
一般應(yīng)用情況：
商用空調(diào)器中的換熱器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：
冷凝器：
筒體由鋼板卷制焊接；筒體兩端焊管板；管孔中穿換熱管；筒體兩端裝有端蓋
換熱管使用焊接或漲管固定于管孔中，氨系統(tǒng)管用鋼管，R22多采用滾壓肋片銅管。
端蓋內(nèi)有隔板，以將換熱管分隔成幾個(gè)流程，多采用偶數(shù)流程，使接管在同一側(cè)
R22走殼程，即R22在管外冷凝，上部進(jìn)氣，從下部排出
冷卻水走管程；下進(jìn)上出
水與R22逆向流動(dòng)
傳熱系數(shù)較高（與風(fēng)冷比較），冷卻水耗量少（與立式比較），應(yīng)用廣泛。
例：R22，臥式殼管式（肋管）傳熱系數(shù)為850~900W/m2K，空氣冷卻式為24~28 W/m2K。
套管式冷凝器：
大直徑的無縫鋼管內(nèi)套一根或多根銅管，并彎制成螺旋型
銅管常用低肋管
R22走外套管側(cè)，上進(jìn)下出
冷卻水走內(nèi)管；下進(jìn)上出
水與R22逆向流動(dòng)
常用于水冷柜機(jī)中
特點(diǎn)：制造工藝比較簡單，成本較殼管式低
板式冷凝器：
板片由不銹鋼薄片沖壓成型
片間采用焊接方式連接
R22和冷卻水在薄片間隔流動(dòng)，接觸充分
換熱效率高（換熱系數(shù)K值在3000～6000W/m2.℃范圍內(nèi)。這就表明，板式換熱器只需要管殼式換熱器面積的1/2～1/4 即可達(dá)到同樣的換熱效果。）阻力損失少、占地?。?/p>
制造工藝比較復(fù)雜，價(jià)格高，易堵塞。
蒸發(fā)器：
與冷凝器不同之處，按供液方式不同，分為滿液式、干式等幾類。
翅片式蒸發(fā)器
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同翅片式冷凝器
銅管與肋片之間過盈漲結(jié)
屬于干式蒸發(fā)器
R22常下進(jìn)上出
空氣和R22常呈逆流
效率較低（與臥式殼管式比較）
不用冷凍水系統(tǒng)和末端設(shè)備，廣泛應(yīng)用于中小機(jī)組。
滿液式：
結(jié)構(gòu)形式：與殼管式冷凝器較類似（筒體用鋼板卷制焊接；筒體兩端焊管板；換熱管使用焊接或漲管固定于管孔中；筒體兩端裝有端蓋；端蓋內(nèi)有隔板，以將換熱管分隔成幾個(gè)流程）
氨系統(tǒng)管用鋼管，R22多采用滾壓肋片銅管。
制冷劑走殼程，即R22在管外氣化，下部進(jìn)液，從上部排氣；液體充滿筒體空間的70~80%
特點(diǎn)：R22一直在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰，傳熱面與液態(tài)制冷劑接觸，所以沸騰放熱系數(shù)較大；結(jié)構(gòu)緊湊。
缺點(diǎn)：制冷劑充灌量大，因?yàn)橹评鋭┏涔嗔看螅灾评鋭┡c潤滑油相溶時(shí)，潤滑油難以返回壓縮機(jī)；容易凍結(jié)。
應(yīng)用沒有干式普遍。
臥式殼管式蒸發(fā)器：
結(jié)構(gòu)形式：與滿液式蒸發(fā)器類似
主要不同：
干式蒸發(fā)器在傳熱管內(nèi)氣化吸熱，下部進(jìn)液，從上部排氣
載冷劑在管外；為提高載冷劑流速，筒內(nèi)裝折流板
相比于滿液式，傳熱效果比滿液差
優(yōu)點(diǎn)：充灌量小，R22流速較高；潤滑油難以返回容易
例：R22-水：臥式殼管式（干式），傳熱系數(shù)K 500~550W/m2K
R22-空氣：翅片式（干式），傳熱系數(shù)K 30~40W/m2K
板式蒸發(fā)器
板片由不銹鋼薄片沖壓成型
片間采用焊接方式連接
R22和冷卻水在薄片間隔流動(dòng)，接觸充分
換熱效率高
制造工藝比較復(fù)雜，價(jià)格高
水流速低，易堵塞、易凍結(jié)
換熱機(jī)理、換熱器的設(shè)計(jì)與換熱強(qiáng)化：
熱和熱量（功/能量/熱量）（暖通南社）
分子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的度量，是依靠溫差傳遞的能量。
熱是能量（內(nèi)能）的一種形式。熱力循環(huán)就是熱能傳遞，它是以熱能的方式貯存的。
主要衡量相對(duì)量而不衡量**量，即熱量變化了多少而不是熱量有多少。
單位是焦耳（J）（1J=1N.m）。
溫度和溫標(biāo)：
溫度：衡量物體的冷熱程度，溫度可以衡量**量。
**溫標(biāo)：又稱熱力學(xué)溫標(biāo)，開氏溫標(biāo)，每一度大小與攝氏溫標(biāo)相等，起點(diǎn)為物質(zhì)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)完全停止時(shí)溫度（-273.15℃），單位為K。
溫標(biāo)：攝氏、華氏和開氏
**量運(yùn)算
開氏=攝氏+237.15，華氏=9/5攝氏+32
相對(duì)量運(yùn)算
Δ1℃= Δ1K=1.8F
比熱：單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度每升高或降低1K所需要加入或放出的熱量。
定壓比熱：
水：4.18kJ/kgK
木材：2.51 kJ/kgK
紙張：1.47 kJ/kgK
干空氣： 1kJ/kgK（20℃）
銅：0.39 kJ/kgK
鋼：0.46 kJ/kgK
R22：1.18 kJ/kgK (0℃、液態(tài))
R22：1.18 kJ/kgK (0℃、氣態(tài)）
顯熱：是指物質(zhì)被冷卻或加熱時(shí)，只有溫度變化而無相變時(shí)所放出或吸收的熱量。（能夠用溫度計(jì)測(cè)量）
潛熱：是指物質(zhì)發(fā)生相變而溫度不變時(shí)，放出或吸收的熱量。（不能用溫度計(jì)測(cè)量。）
1kg100℃的水蒸發(fā)為1kg100℃的水蒸汽需2257.2kJ
1kg0℃的水蒸發(fā)為的水蒸汽需2501kJ
1kg0℃的液態(tài)R22蒸發(fā)為0℃的R22蒸汽需204.9kJ
物質(zhì)有三種狀態(tài)，有五種狀態(tài)變化
1、凝固：由液體變?yōu)楣腆w。
2、熔化：由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。
3、汽化：由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。
4、升華：由固態(tài)變成氣態(tài)，不需要經(jīng)過液態(tài)。
5、凝結(jié)：由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。
顯熱是能夠被感測(cè)到的熱量。它能導(dǎo)致物質(zhì)的溫度發(fā)生變化，但不改變其狀態(tài)。
潛熱是指吸收或放出熱量時(shí)只改變物質(zhì)的狀態(tài)，而不改變其溫度。
熔化潛熱是指物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)吸收或放出的熱量。
汽化潛熱是指物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)所需的熱量。
液態(tài)潛熱是指物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)放出的熱量
舉例：
開空調(diào)后，房間空氣溫度從30℃變成了25℃：
房間空氣經(jīng)過空調(diào)器室內(nèi)盤管后有水凝結(jié)：
冷凝器中，R22由90℃的高溫蒸汽變成了46℃液態(tài)R22
蒸發(fā)器中，R22由10℃的液態(tài)變成了8℃的氣態(tài)R22
幾個(gè)規(guī)律：
1、熱量會(huì)自發(fā)從高溫物體傳遞到低溫物體。
2、自然界一切物質(zhì)都具有能量，它能夠從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，從一個(gè)物體傳到另一物體，在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中能量的數(shù)量保持不變。（熱力學(xué)**定律）
3、孤立系統(tǒng)中，熵總是增加。（熱力學(xué)第二定律）
所謂傳熱是和傳質(zhì)相對(duì)而言的，傳熱不涉及熱載體質(zhì)的擴(kuò)散。
三種傳熱形式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。
傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)高溫物體向一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。 （或稱熱傳導(dǎo)、導(dǎo)熱）。
物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子，原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生熱量傳遞
熱傳導(dǎo)雖然在固體、氣體、液體中都會(huì)發(fā)生，但單純的熱傳導(dǎo)只會(huì)在固體中發(fā)生。
對(duì)流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。在制冷空調(diào)業(yè)中的對(duì)流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時(shí)的熱量傳遞。
流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體互相摻混
對(duì)流分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流，自然對(duì)流是由于流體冷熱各部分的密度不同引起的，強(qiáng)制對(duì)流是由于泵、風(fēng)機(jī)等作用所造成的。
輻射：又稱為熱輻射，是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?/p>
物體的輻射能力與溫度有關(guān)，輻射強(qiáng)度與**溫度的四次方成正比，在制冷與空調(diào)工程中，由于物體溫度不高，一般不考慮輻射換熱量。
作為換熱器，我們主要關(guān)心的熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱。
對(duì)空調(diào)業(yè)中的換熱器，我們關(guān)心的是流體（R22、水、空氣）與固體壁面（銅管、鋁箔）直接接觸時(shí)的熱量傳遞。（表面換熱）
表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的常見影響因素：
流動(dòng)狀態(tài)的影響W/m2K
Re—層流底層薄（動(dòng)力消耗大）
強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流的影響
強(qiáng)制對(duì)流：外部機(jī)械作功，換熱系數(shù)大。
自然對(duì)流：依靠流體自身密度差造成的循環(huán)過程
流體物性的影響
密度的影響： 熱容量的影響： 單位體積流體的熱容量大，則傳熱系數(shù)較大。
傳熱面條件的影響：
不同的壁面形狀、尺寸影響流型；會(huì)造成邊界層分離，產(chǎn) 生旋渦，增加湍動(dòng)，使傳熱系數(shù)增大。
相變化的影響：一般情況下，有相變化時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大，機(jī)理各不相同，比較復(fù)雜。
換熱器設(shè)計(jì)：
換熱強(qiáng)化—換熱器傳熱過程：
三個(gè)環(huán)節(jié)：
(1)從熱流體到壁面高溫側(cè)的熱傳遞
(2)從壁面高溫側(cè)到壁面低溫側(cè)的熱傳遞
(3)從壁面低溫側(cè)到冷流體的熱傳遞
三個(gè)環(huán)節(jié)中熱阻分布情況：
水冷冷凝器——主要熱阻在制冷劑側(cè)（60~70%）
風(fēng)冷冷凝器——主要熱阻在風(fēng)側(cè)（70%~80%）
冷風(fēng)式蒸發(fā)器——主要熱阻在風(fēng)側(cè)（70%~80%）
冷水式（滿液、干式）蒸發(fā)器——主要熱阻在制冷劑側(cè)。
換熱強(qiáng)化——“空氣--制冷劑”換熱器傳熱過程
例：翅片式冷凝器/蒸發(fā)器傳熱過程
換熱強(qiáng)化——三個(gè)過程中熱阻的分配情況
通過一個(gè)典型的換熱器結(jié)構(gòu)來說明（暖通南社）
9.25mm銅管（光管），25mm管距，22mm排距，12FPI，光箔，沖縫片，4排管的冷凝器。
換熱強(qiáng)化——制冷劑側(cè)強(qiáng)化：
凝結(jié)換熱、沸騰換熱（制冷劑--銅管之間管內(nèi)冷凝傳熱屬于氣液相變換熱，與單相對(duì)流換熱相比，其換熱系數(shù)較大）
1、增加傳熱的表面積
2、增強(qiáng)紊流
3、強(qiáng)化換熱與減小壓降需同時(shí)考慮
4、蒸發(fā)傳熱時(shí)，應(yīng)盡可能增加濕潤表面的面積，盡可能增加汽化核心的數(shù)量
5、冷凝傳熱時(shí)，盡可能使冷凝的液體離開傳熱表面，增強(qiáng)氣液兩相之間的混合
6、避免污垢
換熱強(qiáng)化——水側(cè)：
凝結(jié)換熱、沸騰換熱
1、增加傳熱的表面積
2、增強(qiáng)紊流（擾動(dòng)）
3、避免污垢
換熱強(qiáng)化——空氣側(cè)換熱部分
1、破壞空氣流邊界層（層流——紊流）：采用更**的片形
2、增大傳熱翅片的表面積：采用更**的片形
3、凝結(jié)水的控制和除霜的問題
4、鋁箔表面保持清潔，防止雜物堵塞翅片
5、腐蝕的問題：采用帶特殊涂層的鋁箔
換熱強(qiáng)化——三個(gè)過程中熱阻的分配情況
結(jié)論：
空氣側(cè)熱阻占總熱阻的比例*大（60%以上）
改善換熱器傳熱的關(guān)鍵是在空氣側(cè)的換熱上下工夫
制冷劑側(cè)的換熱改善也有較大空間
實(shí)例：通過臥式殼管式換熱器看換熱強(qiáng)化
換熱過程：制冷劑 -- 銅管 -- 水
通過一個(gè)典型的換熱器結(jié)構(gòu)來說明（干式蒸發(fā)器）
Di=308mm，流程數(shù)為4，換熱銅管為12mmx1mm，管子根數(shù)為227，管長2300mm
沒有考慮污垢系數(shù)
結(jié)論
制冷劑側(cè)熱阻占總熱阻的比例*大（近70%）
改善換熱器傳熱的關(guān)鍵是在制冷劑側(cè)的換熱上下工夫
水側(cè)的換熱改善也有較大空間
翅片式換熱器換熱強(qiáng)化：
——銅管壁厚和脹管
——鋁箔厚度、涂層和片形
——小管徑銅管的使用
——內(nèi)螺紋銅管強(qiáng)化換熱的問題
翅片式換熱器換熱強(qiáng)化——銅管壁厚和脹管：
1、銅管壁減薄有利于傳熱和減低成本，但銅管管壁減薄有極限：
——主要是受壓后其能安全工作，不致于脹破
——UL對(duì)空調(diào)銅管的壓力承受能力有專門的規(guī)定，采用*高耐受壓力（3倍的*高操作壓力）+高低壓循環(huán)的疲勞試驗(yàn)（25萬次）
2、 “過盈”量是影響換熱性能的一個(gè)重要因素
脹管后的管外徑與脹管前鋁片管孔內(nèi)徑之差稱為“過盈”
“過盈”太?。航佑|傳熱熱阻過大
“過盈”太大：鋁箔進(jìn)入塑性變形，鐘口裂，*終會(huì)影響傳熱熱阻
對(duì)9.52管，其“過盈”量為0.08mm~0.13mm較好(脹管前鋁片管孔內(nèi)徑11.03~11.07mm)
翅片式換熱器換熱強(qiáng)化——鋁箔厚度、涂層和片形
1、鋁箔減薄也有利于傳熱和減低成本，近些年，鋁箔壁厚已大大減薄（現(xiàn)用鋁箔為0.11mm~0.127mm），但其極限表現(xiàn)：
——軋制工藝
——鋁箔本身的工藝性、耐蝕性
2、鋁箔的涂層問題
——涂層主要解決結(jié)水的問題和耐蝕的問題
——親水鋁箔的價(jià)格是普通鋁箔價(jià)格的1.35倍
——親水鋁箔有明顯的抑制霜層的作用
3、片形
翅片式換熱器換熱強(qiáng)化——小管徑銅管的使用
1、傳熱和壓降
——在一定的金屬消耗量下，使用小管徑銅管增大了傳熱面積（9.25xt0.35銅管換為7xt0.32銅管，管長增加54%，銅管內(nèi)表面積可以增加11%）
——使用小管徑銅管，有利于提高流體的速度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
2、流體力學(xué)特性
——空氣動(dòng)力學(xué)特性隨管徑的降低而改善，流動(dòng)阻力下降，改善傳熱
——使用小管徑銅管會(huì)使制冷劑流動(dòng)阻力增加（系統(tǒng)功耗增加）
——以上矛盾需要平衡
3、加工工藝和價(jià)格問題
——采用小管徑引起制冷劑側(cè)壓力的增大，必須增加循環(huán)路數(shù)，甚至增加了銅管的用量
——小管徑銅管的脹管工藝?yán)щy，廢品率高
——價(jià)格 9.52（平）：9.52（內(nèi)）：7（內(nèi)）= 1：1.17：1.25
——一般認(rèn)為7mm是管徑減小的極限，管徑小于7mm以后反而會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器成本大幅上升
4、應(yīng)用情況
——日本廠商在這方面的應(yīng)用大大**
5、
觀點(diǎn)一：
用于冷凝器時(shí)，冷凝隨管徑減小而增強(qiáng)
用于蒸發(fā)器則9.52mm的管*優(yōu)，管徑進(jìn)一步減小會(huì)降低蒸發(fā)的傳熱系數(shù)，6mm是極限值
觀點(diǎn)二：
冷凝器采用9.52mm的管較好，而蒸發(fā)器采用小管徑的管較好
觀點(diǎn)三：
小冷量的系統(tǒng)可采用9.52mm的管，而大冷量的系統(tǒng)則應(yīng)采用12.7mm的銅管
翅片式換熱器換熱強(qiáng)化—內(nèi)螺紋銅管強(qiáng)化換熱的問題：
——從實(shí)例看（9.52銅管、R22制冷劑）
1、傳熱系數(shù)
W/m2K 質(zhì)量流量 kg/m2s
2、壓力降：
Pa/m 質(zhì)量流量 kg/m2s
3、結(jié)論
冷凝換熱時(shí)：
——強(qiáng)化管可以改善傳熱，增強(qiáng)的幅度很大（傳熱系數(shù)*大比光管大170%）
——強(qiáng)化管的壓降比光管大（*大可比光管大80%）
——雙螺紋管與單螺紋管相比，傳熱系數(shù)有很大改善，但壓降增加并不多
蒸發(fā)換熱時(shí)：
——強(qiáng)化管可以改善傳熱，增強(qiáng)的幅度很大（傳熱系數(shù)*大比光管大160%）
——強(qiáng)化管的壓降比光管大（*大可比光管大80%）
——雙螺紋管與單螺紋管相比，傳熱系數(shù)和壓降表現(xiàn)相當(dāng)
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