【HETA】蒸发式冷凝器热力计算的简化方法 / 开普饭

蒸发式冷凝器中的热力过程，既有传热，又有传质，因此它的热力计算比较繁复。本篇文章中，我们不考虑冷凝器中水膜温度在管排方向上的变化，而采用它的平均温度值，用算术平均培差代替对数平均焓差，并加以修正。这样得到的计算公式比较简单，适于工程设计使用，与我们的实验结果相当接近。

一：传热过程的分析

在蒸发式冷凝器中，热质交换过程如图1所示。制冷剂蒸气在管内冷凝时放出的热量是通过油膜、管壁传给管外的水膜，再由水膜传给管间流动的空气。

从管内制冷荆到冷却水膜的传热量可表示为：

式中t_k——冷凝温度(℃)

t_w一管外水膜的平均温度(℃)

F_H——冷凝蛇管外表面积(m。)

K_o——从制冷剂到水膜的传热系数(K_cal／m²·H·℃)

对于光管，K_o值按下列公式计算：

式中：D_OD_I分别为冷凝管的外径和内径(m)，O 为管壁厚(m)， R₁勾管材的导热系数(K_cal／m²·H·℃)，D_M 是平均管子直径，计算时可用算术平均值，即D_M ：½(D_O+D_I)。

λ_o——管内油膜热阻，对于氟里昂工质，可忽略不计，而对氨可取0．4x 10一 (m2·h·℃／ca1)

r。——管外侧水垢热阻，r =(O．2～o．6)×10^-3(m²·h·'C／Kca1)，根据水质情况选取，对蒸发式冷凝器，如果补充水未加处理，通常冷却管子躺较为严重，宜取大值。

αr 制冷剂在管内冷凝的放热系数。在此本文推荐苏联的哥罗金斯卡娅计算式，该式为：

上式中q_i——管内的单位面积热负荷(Kcal／m²．h)

L——一列蛇形管的总长(m)

M——与制冷剂物性参数有关的系数

上式中γ为运动粘度(m² ／s)，λ为导热系数(Kcal／m·h·℃)，r 是液体的比重(kg／m³)，y^r是蒸气的比重(kg／m³ )，6为表面张力系数(kg／m)，r为液体潜热(Kcal／kg)。

几种常用制冷剂的M值。表1

αw 管外壁面与水膜之间的放热系数。对于叉排管簇，αw可按下式计算

对于顺排管簇

式中G_w ——喷淋水量(kg／h； n为第一排管数，L为管长(m) 。

冷却水膜与流动空气问的换热是兼有热质交换的热力过程。空气在蒸发式冷凝器中的状态变化过程如图2所示。图中点1表示空气进口状态(i₁、d₁、t₁)，点2表示空气出口状态(_i2、 d ₂、t₂)，点w表示水膜表面的饱和空气状态(i_w、d_w 、t_w ) ，点m为进出口空气的平均状态(i_m 、d_m、t_m )，进口空气沿1～w连线进行变化。在这一过程中，其换热量可表示为：

式中ε_W，一一是考虑从水膜蒸发到空气中的热量对麦凯尔方程的修正系数。ε_W与水膜平均温度t_W，有关，其值见表2。

m——水膜与空气间接触的全部表而积与冷凝管外表面积之比，对于光滑管冷凝器，m=5～ 1·8。对数平均焓差。

计算时，定型尺度用管外径D_o，定性温度采用进出口处空气平均温度t_f，计算速度用管簇中最窄截面处的流速。式中的系数c和指数n可由表8查得。

式(7)主要适用予管排数超过20排的管簇，若少于20排时，计算的换热系数α还应乘以图3所示的修正系数C_m。Re₁为空气的雷诺准数

通常由式(1)和式(5)联立求解就可得到所需冷凝器的传热面积F_H ，但是选两个方程中尚有水膜的平均温度t_W，垃未知数，因此不能直接求解，一般是采用试凑法或图解法，对于工程计算不甚方便。

由于在蒸发式冷凝器中，冷凝温发与水膜的平均温度之羞(tK— tW)变动范围不大(2～5℃)，可用其对应的窄气饱和线上的焓差来代替，即：

式(5)中的对数平焓差(i_W一i _M)按下列式子用算术平均焓差来近似表示可以获得令人满意的结果，即：

式(14)可以看出，通常在计算q_I时必须确定的水膜平均温度已从公式中消失，这样只要已知冷凝温度t_k，进口空气的湿球温度t_SL ，以及进风量和淋水量G_W，就可以很方便地计算冷凝器的单位面积热负荷qr，从而得到冷凝器的冷凝能力Qt。述的计算公式，既适用于设计新的冷凝器，同样也可用来计算在不同工况条件下运行的冷凝器热负荷。

二：设计计算中的几个问题

设计新的冷凝器，一般已知冷凝器的热负菏Q_K(Kcal／h)，冷凝温度l_K，进口空气干球温度t_l和湿球温度t_s1，以及当地大气压P_b(mmHg)。

1．配风量的选定

按每小时l000Kcal热负荷计，各国造垌的配风量相差较大，如美国为256m³ ／h、日本为(108~ 180)m³／h、苏联为(8O～140) m³／h，我国采用180~340 m³／h。根据实验结果，适当选用较大的配风量对于提高玲凝器的单位面积热负荷q_i是有利的。建议采用250 m³／h左右为宜。

2．空气进出口参数的确定