技术：制冷剂物性集合参数B值的计算方法及应用

由公式（ 1 ）可知， B 值主要取决于制冷剂的 5 个物性参数。这些参数都是温度的函数，因此 B 值也随温度的变化而变化。在计算 B 值时，通常选取换热器的平均温度作为参考温度。  

（二） B 值的物理意义
B 值综合反映了制冷剂的三个传热特性：导热性能、流动阻力和相变能力。  

导热系数 λ 表征了制冷剂的导热能力。 λ 越大，制冷剂的热传导越强，换热器的传热系数就越高。
密度 ρ 影响制冷剂的流动阻力。 ρ 越大，在相同质量流量下，制冷剂的流速越小，流动阻力也越小。
相变潜热 h_fg 反映了制冷剂的相变能力。 h_fg 越大，制冷剂在相变过程中吸收或放出的热量就越多，传热温差越小。  

B 值越大，表明制冷剂的综合传热性能越好。具有高 B 值的制冷剂，在换热器中能够实现高的传热系数和小的传热温差，从而减小换热面积，降低设备成本。因此， B 值可作为评价和选择制冷剂的重要指标。

由公式（ 2 ）可知，计算 B 值需要 4 个物性参数：导热系数 λ 、密度 ρ 、相变潜热 h_fg 和黏度 μ 。这些参数都与制冷剂的种类和状态有关。对于纯制冷剂，可通过查阅物性参数表获得，而对于混合工质，则需根据混合比例进行加权平均。  

（二）分析 B 值影响因素
1. 温度的影响
温度是影响 B 值的最主要因素。制冷剂的物性参数都随温度变化而变化，导致 B 值也随之改变。一般来说，随着温度的升高，制冷剂的导热系数 λ 和黏度 μ 增大，而密度 ρ 和相变潜热 h_fg 减小。这些变化对 B 值的影响是复杂的，需要具体分析。  

以 R134a 为例，在 -40℃ 到 70℃ 范围内，其 B 值随温度变化如图 1 所示。可以看出， B 值先随温度升高而缓慢增大，在 30℃ 左右达到最大值，然后急剧下降。这主要是因为相变潜热 h_fg 随温度升高而减小的速度超过了其他物性参数变化的综合效应 [4] 。  

2. 压力的影响
压力对制冷剂的物性参数也有一定影响，但相对温度而言，压力的影响较小。在一定范围内，压力升高会使密度 ρ 略有增大，而对导热系数 λ 、相变潜热 h_fg 和黏度 μ 的影响可以忽略不计。因此，在计算 B 值时，通常只考虑温度的影响，而忽略压力的影响。  

3. 制冷剂种类的影响
不同种类的制冷剂，由于化学结构和分子量不同，其物性参数差异很大，导致 B 值也有很大不同。表 1 列出了几种常见制冷剂在 20℃ 时的 B 值。可以看出， R22 、 R134a 、 R410A 的 B 值较高，而 R32 、 R290 的 B 值较低。这主要与它们的相变潜热 h_fg 和导热系数 λ 有关。  

综合以上分析，在计算 B 值时，应重点关注制冷剂种类和温度的影响，而压力的影响可以忽略。为了得到准确的 B 值，需要选取合适的参考温度，并查阅可靠的物性参数数据。

（三） B 值计算实例
下面以套管式换热器为例，说明 B 值的计算步骤。  

1、已知工况条件如下：
制冷剂： R22
蒸发温度： -10℃
冷凝温度： 40℃
换热器平均温度： 15℃

2、 计算步骤：
1. 确定制冷剂种类为 R22 。
2. 根据换热器平均温度 15℃ ，查阅 R22 物性参数表，得到：
λ=0.0824 W/(m·K)
ρ=1282 kg/m3
h_fg=180.4 kJ/kg
μ=0.000204 Pa·s  

3. 将以上物性参数代入公式（ 2 ），计算 B 值：
B=0.0824^3×1282×180400/0.000204
=1.23×10^11 W/(m2·K)  

可见，在给定工况下， R22 在套管式换热器中的 B 值为 1.23×10^11 W/(m2·K) 。该值可作为评价换热器传热性能的依据，值越大，表明传热性能越优越。

（一）换热器型式的选择
不同型式的换热器，如套管式、板式、翅片管式等，其传热机理和适用条件不同，对制冷剂的物性要求也有所差异。 B 值可作为选择换热器型式的重要依据。  

对于套管式换热器，由于传热面积受制于管径和长度，因此适宜选用 B 值较高的制冷剂，如 R22 、 R134a 等，以获得高的传热系数和小的传热温差。  

对于板式换热器，其传热表面呈波纹状，湍流强烈，传热系数高，因此对制冷剂导热性能的要求相对较低。但板间流道狭窄，容易产生较大压力降，因此适宜选用黏度较小、 B 值适中的制冷剂，如 R410A 、 R290 等。  

对于翅片管式换热器，翅片的设置扩大了空气侧的传热面积，提高了整体传热系数。但制冷剂侧的传热主要取决于管内强化传热措施。因此，对制冷剂导热性能和流动性能的要求介于套管式和板式换热器之间，选用 R134a 、 R32 等 B 值适中的制冷剂较为合适。

（二）换热面积的确定
换热器的传热面积是设计的重要参数，直接影响设备的尺寸和成本。在已知冷热负荷和换热温差的条件下，传热面积与制冷剂的 B 值成反比。即 B 值越大，换热器所需的传热面积越小。  

根据传热学原理，换热器的传热面积 A 可按下式计算：
A=Q/(K·ΔT)  （ 3 ）
式中， Q 为换热器的传热量， K 为总传热系数， ΔT 为对数平均温差。  

总传热系数 K 可进一步表示为：
1/K=1/h_i+δ/λ_w+1/h_o  （ 4 ）
式中， h_i 为制冷剂侧对流传热系数， h_o 为二次侧对流传热系数， δ 为管壁厚度， λ_w 为管壁导热系数。  

将公式（ 4 ）代入公式（ 3 ），可得：
A=Q·(1/h_i+δ/λ_w+1/h_o)/ΔT  （ 5 ）  

其中，制冷剂侧对流传热系数 h_i 正比于 B 值的 0.55 次方 [5] ：
h_i∝B^0.55  （ 6 ）  

因此， B 值越大，换热系数 h_i 越大，传热面积 A 越小。在制冷剂种类确定的条件下，可通过提高 B 值来减小换热面积，从而达到节省材料、降低成本的目的。  

（三）强化传热措施的评价
除了选择高 B 值的制冷剂外，采取强化传热措施也是提高换热器性能的重要手段。常见的强化传热措施有翅片化、螺旋折流、微通道等。这些措施通过改变流道几何形状、提高湍流度等方式来强化对流传热。  

B 值可作为评价强化传热措施有效性的指标。在采取某种强化传热措施后，可计算强化后的 B 值 B' ，并与原始 B 值 B 比较，得到 B 值的提升率：
ε=(B'-B)/B×100%  （ 7 ）  

提升率 ε 越高，表明该强化传热措施的效果越显著。一般而言，当 ε>30% 时，认为强化传热效果显著；当 ε>50% 时，认为强化传热效果非常显著 [6] 。  

需要注意的是，采取强化传热措施往往会带来流动阻力的增加，导致压力降上升，泵功耗增大。因此，在换热器设计中，还需权衡强化传热效果与压力降的增加，选择 B 值提升与流动阻力之比较优的方案。

我们以壳管式换热器计算为例子：

来自吴业正《小型制冷装置设计指导》

关于这个物性集合参数B的数值，在《小型制冷装置设计指导》中，查询到一个表格：

表格中仅仅提供了三种制冷剂（R12、R134a、R22）在冷凝温度20℃、30℃、40℃、50℃中的一些数值，但是在我们实际的设计中，我们通常使用的制冷剂是R410A、R32、R290、R404A等各类制冷剂，在不同冷凝温度的情况，有不同的B值。

参考文献 :
[1] Wang C C. System performance of R-1234yf refrigerant in air-conditioning and heat pump system–An overview of current status[J]. Applied Thermal Engineering, 2014, 73(2): 1412-1420.
[2] Pierre B. Coefficient of heat transfer for boiling Freon-12 in horizontal tubes[J]. Heating and Air Conditioning, 1957, 19: 58-65.
[3]  郝国忠 .  换热器设计手册 [M].  北京 :  化学工业出版社 , 2002.
[4]  沈定国 ,  李先庭 .  制冷空调用换热器性能与设计 [M].  北京 :  中国建筑工业出版社 , 2000.