蒸发式冷凝器强化传热实验研究.pdf

蒸发式冷凝器强化传热实验研究1 朱冬生，沈家龙，蒋翔，唐广栋，钱颂文 (华南理工大学化工与能源学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州 510640) E-mail ：cedshzhu@ 摘 要：蒸发式冷凝器具有节水、节能、结构紧凑等优点而在工业制冷等领域得到了广泛的 应用。本文从理论上简要分析了蒸发式冷凝器强化传热的方法，建立了蒸发式冷凝器传热性 能和可视化测试实验平台。在换热盘管底部和进风格栅之间加入填料的蒸发式冷凝器，在相 同操作条件下，总传热系数和传质系数分别提高了7% ～17%和35% ～63% ，主要是由于循环 冷却水温度降低，大大提高了管外空气对流传热系数 30% ～66%。可视化实验研究表明，扭 曲管束管间水膜的分布较光滑圆管束好，有利于提高蒸发式冷凝器的传热效果。 关键词：蒸发式冷凝器 传热 强化 填料 扭曲管 1.引言 冷凝器是制冷系统中的关键设备之一，其主要作用是将高温制冷剂蒸汽迅速凝结为液体， 并对外界放热。蒸发式冷凝器是水冷式冷凝器和冷却塔一体化结构的设备，它利用空气强制 流动和水流部分蒸发将制冷剂冷凝时的热量带走。由于蒸发式冷凝器传热效率高、节能、节 水、结构紧凑和安装方便等优点[1～3]，目前它已在石油、化工、啤酒、乳品、食品、医药等行 业的制冷、低温加工、冷藏、速冻以及建筑的空气调节等领域得到广泛的推广应用[4～10] 。蒸 发式冷凝器管内流动着制冷剂，管表面为薄层水膜覆盖，管外层流动着冷却空气，是个兼有 热质交换的复杂过程。Erens[11] 模拟计算发现添加Munter 的塑料材料可以显著地增强光滑管 冷却器的传热性能，而无需使用成本很高的翅片管以增加传热面积。Ala Hasan等人[12,13]对蒸 发式冷却器中使用椭圆管和翅片管进行了实验研究，表明翅片管束在相同能量指数下传递较 多的热量可达 92%～140%，椭圆管的主要优点是摩擦因子低，即风机所耗功率低。王东屏[14] [15] 指出蒸发式冷凝器带有过热蒸汽冷凝盘管，传热效果可增加 10%。蒋翔 对益美高公司和巴 尔第摩公司的蒸发式冷凝器进行了测试分析，提出了管型和填料这两种强化途径，并就扭曲 管在蒸发式冷凝器中的应用做了一定的理论分析。本文在此基础上，对蒸发式冷凝器采用填 料和扭曲管这两种强化方法进行了实验测试研究。 2. 实验装置 本实验装置系统是一套完整的单级压缩制冷循环系统，如图 1 所示，制冷工质为氟利昂 R22 。它主要包括蒸发式冷凝器，膨胀阀，蒸发器，压缩机四大制冷部件，以及一些辅助设 备包括干燥过滤器、电磁阀和储液器等。 1基金项目：广东省自然科学基金，顺德区重点科技计划(2003KJ027)，新世纪优秀人才支持计划， 高等学校博士学科点专项科研基金(20050561017) 。 作者简介：朱冬生(1964-)，男，教授，主要从事制冷技术和强化传热与节能的研究. E-mail ： cedshzhu@ 。 -1- 1－压缩机；2－蒸发式冷凝器；3－膨胀阀；4－板式蒸发器；5－储液器； 6－干燥过滤器；7－电磁阀；8－阀门；9－水盘；10 －格栅；11－换热盘管；12－喷嘴；13－挡水板；14－风机；15－水泵；16－玻璃视镜 图 1 实验装置图 本实验所采用的测量元件大多都是能与计算机配套使用的常用物理量传感器或测试仪 器。实验中需要测试的物理量主要有：空气的干湿球温度、水的温度和流量、制冷剂温度和 压力及压缩机功耗。本实验系统采用具有多点数字采集功能的巡检仪，同时配置平板电脑系 统，并由 MCGS 全中文组态软件支持，组建了一套完整的监测系统，以便实时存储记录实验 数据。实验中，铂热电阻的测量精度为 A 级，压力变送器