蒸发式冷凝的应用分析

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    在制冷工艺中,冷凝器设计合理,是提高系统能效比的一个重要环节.根据冷却剂的不同种类,冷凝器可归结为四类,即水冷式、空冷式、水-空气冷却(蒸发式和淋水式)以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器.在制冷与空调装置中,前两类使用较普遍.水-空气冷却在近年来开始应用,但不及前两类普遍.

    随着国民经济的迅速发展,节约冷却水的消耗量成了制冷空调行业的一个重要问题,特别是缺水严重地区,水冷式冷凝方式受到了严格限制.而蒸发式冷凝技术的发展为解决这个问题提供了方向.

    蒸发式冷凝以水和空气的混合物作为冷却介质.其中,气态制冷剂冷凝过程所放出的凝结潜热主要依靠冷却水的蒸发带走.冷却水在水冷式冷凝器中的温升只有6~8℃,即1公斤水只带走25~35 kJ的显热量,而1公斤水吸热蒸发可以带走2450kJ的潜热量,使得蒸发式冷凝器实际运行中的水量为水冷式的30%~45%,明显节约了水资源.

    蒸发式冷凝器的传热系数约为卧式水冷式冷凝器的二分之一,则蒸发式冷凝器所需的换热面积约为管壳式冷凝器的2倍.但其冷凝温度可以保持在35~37℃以下,能提高制冷压缩机的制冷效率,冷凝温度的降低,使冷凝压力下降,可延长压缩机的使用寿命,降低机组维修费用.加之冷却水量的减少,有效地节约了冷却水泵的输入功率,为水冷式的5%~10%.全面权衡蒸发式冷凝器的投资和水冷式冷凝器与冷却塔组合使用的安装和运行费用,使用蒸发式冷凝器是经济的.

    蒸发式冷凝器的冷凝方式结合了水冷和风冷的优点。但在热交换中存在有质交换,使热交换特征变得复杂。故本文在试验的基础上提出影响蒸发式冷凝换热的几个重要方面.

    1 蒸发式冷凝换热面积

    蒸发式冷凝换热面积是衡量冷凝器换热能力的关键指标.影响着冷凝器中换热器的具体结构形式和冷却水的流量.面积的确定方法一般是通过分析蒸发式冷凝的热传递过程建立热平衡数学模型.用这种方式计算蒸发式冷凝器的冷凝面积使得工程设计相当复杂,根本原因就是通过冷凝器的空气平均状态参数(温度和焓值)是未知的.另外,经过冷凝器后冷却空气焓值的变化是非线性的,只能按对数平均温差来决定.同时,它与水膜平均温度、空气进出口状态等因素有关.而水膜的平均温度是未知的,加之在数学模型中,求解对流换热系数、传热系数和换热面积时都与水膜的平均温度有关,使得整个计算变得复杂.

    为了简化计算,近年来在数学模型的基础上得出简化计算方法,即将与冷凝温度对应的饱和空气焓值与冷凝器进出口空气平均焓值之差乘以一个修正系数得出单位热负荷,从而确定冷凝器的面积.这种方法较为简单,但是要通过大量实验来准确地制定修正系数.