影响制冷剂液体沸腾换热的因素

  在蒸发器中，被冷却介质的热量是通过传热壁传给制冷剂，使液体制冷剂吸热汽化。制冷剂在蒸发器中发生的物态变化，实际上是沸腾过程，习惯上称其为蒸发。蒸发器内的传热效果也象冷凝器二样，受到制冷剂侧的换热系数、传热表面污垢物的热阻及被冷却介质侧的换热系数等因素的影响。

一、制冷剂液体物理性质的影响

　　制冷剂液体的热导率、密度、粘度和表面张力等有关物理性质，对沸腾换热系数有直接的影响。

　　热导率较大的制冷剂，在传热方向的热阻就小，其沸腾换热系数就大。

　　蒸发器在正常工作条件下，蒸发器内制冷剂与传热壁面的温差，一般仅有2~5℃，其对流换热的强烈程度，取决于制冷剂液体在汽化过程中的对流运动程度。沸腾过程中，气泡在液体内部的运动，使液体受到扰动，这就增加了液体各部分与传热壁面接触的可能性，使液体从传热壁面吸热更为容易，沸腾过程更为迅速。密度和粘度较小的制冷剂液体，受到这种扰动就较强，其对流换热系数就越大。

　　制冷剂液体的密度及表面张力越大，汽化过程中气泡的直径就较大，气泡从生成到离开传热壁面的时间就越长，单位时间内产生的气泡就少，换热系数也就小。

　　一般来说，氟利昂的热导率比氨的小，密度、粘度和表面张力都比氨的大，因此其沸腾换热系数比氨的小。

二、制冷剂液体润湿能力的影响

　　如果制冷剂液体对传热表面的润湿能力强，则沸腾过程中生成的气泡具有细小的根部，能够迅速地脱离传热表面，换热系数也就较大。相反，若制冷剂液体不能很好地润湿传热表面，则形成的气泡根部很大，减少了汽化核心的数目，甚至沿传热表面形成气膜，使换热系数显著降低。

　　常用的几种制冷剂均为润湿性的液体，但氨的润湿能力要比氟利昂的强得多。

三、制冷剂沸腾温度的影响

　　制冷剂液体沸腾过程中，蒸发器传热壁面上单位时间生成的气泡数目越多，则沸腾换热系数越大。单位时间内生成的气泡数目，与气泡生成到离开传热壁面的时间长短有关，这个时间越短，则单位时间内生成气泡数目越多。此外，如果气泡离开壁面时的直径越小，则气泡从生成到离开的时间将越短。

　　气泡离开壁面时，其直径的大小是由气泡的浮力及液体表面张力的平衡来决定的。浮力促使气泡离开壁面，而液体表面张力则阻止气泡离开。气泡的浮力和液体表面张力，又受饱和温度下密度差（液体和蒸气的密度差）的影响。气泡的浮力和密度差成正比。液体的表面张力与密度差的四次方成正比。

　　所以，随着密度差的增大，液体表面张力的增大速度，比气泡浮力的增大速度大得多，这时气泡只能依靠体积的膨胀来维持平衡，因此气泡离开壁面时的直径就大。密度差的大小与沸腾温度有关，沸腾温度越高，饱和温度下的密度差越小，汽化过程就会更迅速，换热系数就更大。

　　上面说明了在同一个蒸发器中，使用同一种制冷剂时，其换热系数随着沸腾温度的升高而增大。

四、蒸发器构造的影响

　　液体沸腾过程中，气泡只能在传热表面上产生，蒸发器的有效传热面是与制冷剂液体相接触的部分。所以，沸腾换热系数的大小与蒸发器的构造有关。实验结果表明，肋片管上的沸腾换热系数大于光管，而且管束上的大于单管的。这是由于加肋片以后，在饱和温度与单位面积热负荷相同的条件下，气泡生成与增长的条件，肋片管比光管有利。由于汽化核心数的增加和气泡增大速度的降低，使得气泡很容易脱离传热壁面。实验结果还表明，肋片管束的沸腾换热系数大于光管管束的。有资料介绍，在相同的饱和温度下，Rl2在肋片管管束的沸腾换热系数比光管管束大70%，而R22的大90%。

　　根据以上分析，蒸发器的结构应该保证制冷剂蒸气能很快地脱离传热表面。为了有效地利用传热面，应将液体制冷剂节流后产生的蒸气，在进入蒸发器前就从液体中分离出来，而且在操作管理中，蒸发器应该保持合理的制冷剂液体流量。

　　此外，制冷剂中含油，对沸腾换热系数也有一定影响，而且其影响程度与含油浓度有关。一般说，当制冷剂含油浓度不大于6%时，可不考虑这项影响，含油量更大时，会使沸腾换热系数降低。

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