中央空调用管壳式高效换热器功能特性及制造

           今天我们来了解一下中央空调管壳式换热器的功能特性。                   

   

概述  

  

1、 高效换热管是指在普通光管基础上利用专用设备进行加工，并使光滑管内外表面或两者形成各种整体翅 / 齿或其它复杂表面，从而使表面积扩大和传热效果得以强化的换热管。

2、  管壳式换热器用高效管两端或中间支撑板段应带有光管段（无齿 / 翅）。其中光滑段作用：两端：用于胀管中间：用于支撑换热管 

3、 翅片管分类

a) 内表面强化型； b) 外表面强化型； c) 内外表面强化型

满液式蒸发器和冷凝器用翅片管的翅型特点 

  

一 、蒸发管的功能：

        最大限度地把管内 ( 水侧 ) 的热量通过管壁传递到管外，使与管壁接触的制冷剂产生汽化，形成连续的汽泡从管外表面逸出，以达到传热的目的。

        需控制壳程热阻（如壳程热阻大于管程热阻 2 倍以上，壳程的结垢较为严重，壳程为蒸汽，管程为水或水蒸汽冷凝）。对于显热传热的情形，传热表面两侧的对流换热系数相差 3 ～ 5 倍，则采用低肋壁螺纹管较适宜，当两侧对流换热系数相差 10 倍以上时，可考虑选用较高的肋片。一般肋片的间距不小于边界层厚度的 2 倍。

 

二、满足此功能所需的条件：

1、内翅的设置：

        设置内翅是为增加换热面积并使水在流经管内侧时产生紊流，加大热交换的程度。

 

蒸发管纵剖面示意图

2、两内翅间的轴向距离：

       两内翅间应有足够的间隔，目的是使水能紧贴内壁运行，如间隔太小，由于紊流的作用，水可能沿翅尖作螺旋运行而无法与管内壁作充分的接触。内翅的条数、翅高和螺旋角诸参数的确定除考虑提高管内传热系数外，还应考虑管内压降。

3、管外表面的构造应有利于汽核的形成和汽泡的连续逸出：

        因此外表面加工出很多空穴，空穴的开口宽度小于穴体宽度，目的是控制汽泡的体积，在相同热流密度的条件下，有利于形成连续的汽泡柱。

        满液式蒸发管在外表面上开有鱼鳞状的细槽 , 形成密集的小孔，并在管表层下形成互相连通的环形通道 ,( 冷媒通过时 ) 可以产生连续不断的气泡 , 所以它可获得优异的高度汽化的热传导性能。微孔提供了蒸发换热所需的大量的汽化核心 , 又促使液体的汽化过程变成在隧道壁上效率极高的液膜蒸发 ,  使气泡与管壁面的液膜减薄，减小了热阻，还能利用孔隙的毛细作用使液体及气泡在孔内形成循环，有助于清除杂质和减轻结垢 , 促进单相液体对流，传热系数可达光管的 10 倍。

 

蒸发管外表面示意图

 

制冷剂蒸发示意图

4、封闭空穴。

        方法是在翅面的周向上加工出凹槽，经压平后就形成了多个独立空穴。

5、各个空穴间互相连通。

        翅顶凹槽同时也起到通道作用，目的是当部分液体汽化逸出后，其余的液体可迅速补充，使汽泡能连续产生。

 

三、Turbo-BⅡ：

       Turbo-B Ⅱ的特点是其管外传热系数的曲线斜率较大，在高热流密度的条件下有较高的换热性能，因此，适用于 R-22 ，它的翅型特点是空穴面积较大，在 0.00022 平方英寸 (0.14mm2) 以上，单位面积的数量小，大约为每平方英寸 1400~1600 个，从测试中可以看出，采用 R-22 时，逸出的汽泡比较大。

  B Ⅱ 翅顶 示意图

 

四、蒸发管翅型的发展趋势：

1、 增加空穴数量，方法是减小翅片纵向节距和翅顶凹槽的周向距离，将空穴密度提高到每平方英寸 3000 个左右，但这种方法会受到刀具加工条件的限制。

2、改善汽核生成条件，增加汽泡数量，强化沸腾，方法是：在保持原有空穴、通道的基础上，在翅底再形成一层空穴构造，显著强化成核条件，空穴密度也大为增加。

 

五、制冷剂凝结

1、 制冷剂粘度表面张力对冷凝液滴的影响：

2、制冷剂冷凝液滴下降：

3、制冷剂冷凝：

4、膜层中凝结液的流动状态

凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时 Re ，

5、湍流膜状凝结换热实验证明：

（  1  ）膜层雷诺数  Re=1600  时，液膜由层流转变为紊流；

（  2  ）横管均在层流范围内，因为管径较小。

特征  : 对于紊流液膜，热量的传递：

（  1  ）靠近壁面极薄的层流底层依靠导热方式传递热量；

（  2  ）层流底层以外的紊流层以紊流传递的热量为主。因此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。

6、影响膜状凝结的因素

工程实际中所发生的膜状凝结过程往往比较复杂，受各种因素的影响。

1） 不凝结气体

不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下 降，减小了凝结的驱动力△t。

2） 蒸气流速

流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。 如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄， h 增大；反之使 h 减小。

3） 过热蒸气

要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。

4） 液膜过冷度及温度分布的非线性

如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替计算公式中的 r ，

5） 管子排数

管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。

前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。

 

7、 管内冷凝

       此时换热与蒸气的流速关系很大。蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部。流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核。

 

8、 凝结表面的几何形状

 

1）  强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。

2）  用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排掉。

 

六、冷凝管的翅型特点：

 

七、 翅片冷凝时液膜特点：

1、 冷凝管的功能：

冷凝管的功能是将冷凝在其外表面的制冷剂液滴尽快扩散，加速滴落。

2、冷凝管提高效率的措施：

提高换热装置的性能 : 增大换热面积和提高换热系数；

原理： 蒸汽分子大致达到饱和温度附近时热能被夺走 , 开始冷凝 , 形成一层很薄的液膜 , 并逐渐变厚 , 而换热面就必须保持比饱和温度低的温度。

措施： 用高效换热管 ( 低肋管 )  使换热面积增大 , 同时在翅片的尖端附近冷凝液膜变薄 , 故换热系数大于光管；高克联高效冷凝管更增大了换热面积 , 形成了锯齿状的齿，翅片距更小，且其翅片外缘开有锯齿缺口，传热面积更大。

效果： 又因翅片顶部呈错开锯齿状，从而使冷凝液的流动呈扰动状态，加强了 “Gregoring” 效应，从而促进了冷凝液膜的对流传热。高克联冷凝管的特殊的三维结构增强了冷凝液表面张力的作用，使冷凝液能迅速从翅片顶部流向根部，并在重力作用下从管底排出。内壁加里脊可使内表面积和紊流二次流作用增大。进一步增强了总换热能力。

3、 满足此功能的条件：

1 )翅顶形状：

翅顶和凹槽的突出部尽量尖锐，目的是割裂液滴，破坏其表面张力，使其未流到管底部就开始滴落。因此，要尽可能将翅做薄。

2) 改变外翅根部形状，将槽底部尽量做平 ( 见下图 ) ，目的是降低聚集在翅底部液面的厚度，加快滴落，减少热阻，由于此举改变了刀片的形状，管子延伸增加，因此也减轻了管子的重量。

 

高效换热管的制造方法