蒸發(fā)式冷凝器的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用

1、蒸發(fā)式冷凝器的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用蒸發(fā)式冷凝器的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用2009111320:39:26|分類：制冷知識|標(biāo)簽：|字號大中小訂閱朱冬生，孫荷靜，蔣翔，吳治將（華南理工大學(xué)，化學(xué)與化工學(xué)院，傳熱強化與過程節(jié)能教育部重點實驗室，廣州510640）摘要：本文介紹了不同形式的冷凝器，并比較了其特點，重點闡述了蒸發(fā)式冷凝器的原理、結(jié)構(gòu)及特點，分析了蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用及研究狀況，總結(jié)了其在應(yīng)用過程中存在的問題與解決方法，并對蒸發(fā)式冷凝器的進(jìn)一步

2、發(fā)展做出了展望。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用研究現(xiàn)狀；中圖分類號：TQ025獻(xiàn)標(biāo)識碼：A引言隨著工業(yè)的發(fā)展，我國水資源和能源都非常緊張，節(jié)能被稱為是水、煤、石油和天然氣之外的“第五能源”，而我國各類工業(yè)過程和設(shè)備中涉及的制冷過程耗能現(xiàn)象十分嚴(yán)重，相同的冷凝負(fù)荷，往往得比國外多消耗幾倍的能量。工業(yè)生產(chǎn)中冷卻用水占70%以上，冷卻用水直接排放會造成熱污染、經(jīng)濟和資源浪費，目前節(jié)水節(jié)能已成為我國的一項基本國策。蒸發(fā)式冷凝器就是冷卻水重復(fù)利用的關(guān)鍵

3、設(shè)備之一；另外，能源危機和水環(huán)保也促進(jìn)了蒸發(fā)式冷凝器的研究和應(yīng)用。1冷凝器概況簡介冷凝器的型式按冷卻方式可把冷凝器分為三大類:空氣冷卻式冷凝器水冷式冷凝器空氣與水聯(lián)合冷卻式冷凝器。1.1空氣冷卻式冷凝器這類冷凝器簡稱為風(fēng)冷式冷凝器制冷劑放出的熱量由空氣帶走制冷劑在管內(nèi)冷凝。由于空氣的對流傳熱系數(shù)很低故在盤管外側(cè)通常加肋片以增加空氣側(cè)的傳熱面積。這種冷凝器的傳熱系數(shù)比較小冷凝溫度較高使冷凝壓力升高制冷機效率降低。空氣冷卻式冷凝器的最大優(yōu)點

4、是不需冷卻水因此特別適用于缺水地區(qū)或者供水困難的場合。1.2水冷式冷凝器用水作為冷卻介質(zhì)使高溫高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝的設(shè)備稱為水冷式冷凝器。水冷式冷凝器的冷凝溫度較風(fēng)冷式冷凝器低這對壓縮機的制冷能力和運行的經(jīng)濟性都比較有利目前在國內(nèi)工業(yè)制冷系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。水冷式冷凝器中使用的冷卻水可以一次流過也可以循環(huán)使用。由于水資源短缺目前普遍采用循環(huán)水的形式。使用循環(huán)水時需設(shè)有冷卻水塔等裝置使離開冷凝器的水得到冷卻降溫以便重復(fù)循環(huán)使用。常用的水

5、冷式冷凝器有臥式殼管式冷凝器、立式殼管式冷凝器和套管式冷凝器等型式。1.3空氣與水聯(lián)合冷卻式冷凝器1.3.1淋水式冷凝器冷卻水通過配水槽流到換熱管組上以水膜的形式往下流水蒸發(fā)帶走熱量即水以顯熱和潛熱的方式起到冷卻作用。但由于水膜外的空氣并不是在風(fēng)機作用下以較高的速度流過影響了水的蒸發(fā)傳熱的效果較差。由于傳熱管之間需保持較大的距離使空氣暢通故這種冷凝器占地面積大金屬耗量大目前生產(chǎn)和使用較少。1.3.2蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和

6、顯熱交換為基礎(chǔ)溫度不同的兩股流體(空氣和水)混合時便放出蒸發(fā)潛熱引起較熱流體(水)發(fā)生冷卻這種冷卻效應(yīng)是借一部分液體變成汽態(tài)因而放出蒸發(fā)潛Alonso提出了一種通用的蒸發(fā)冷卻器的傳熱傳質(zhì)模型。Halasz提出了一種對蒸發(fā)冷卻式設(shè)備通用的無量綱模型。Mizushin假設(shè)冷卻水的溫度是恒定的，對蒸發(fā)式冷卻器提出了兩種不同的方法，一種是數(shù)學(xué)模型，一種是分析模型。根據(jù)冷卻塔的冷卻過程，Tezuka提出了一種分級方法。Finlay和Grant假設(shè)

7、飽和蒸氣壓力是溫度的一維函數(shù)，對蒸發(fā)冷卻設(shè)備的傳熱傳質(zhì)方程進(jìn)行了簡化。UriyelFisherWolfgangLeidenfrost和JiashangLi對蒸發(fā)式冷凝器和冷卻塔混合系統(tǒng)的實驗表明此系統(tǒng)能顯著降低冷凝溫度，并節(jié)約換熱面積。此外，他們共同開發(fā)了一套用于設(shè)計水平或豎直放置的光管、翅片管蒸發(fā)式冷凝器與冷卻塔混合系統(tǒng)的計算機程序。Bykov通過實驗對蒸發(fā)式冷凝器的水溫和空氣的焓進(jìn)行了研究。HishamM.Ettouney在總結(jié)前人

8、工作的基礎(chǔ)上，采用實驗的方式來研究蒸發(fā)式冷凝冷卻器，深入研究了管外側(cè)熱傳遞系數(shù)和系統(tǒng)效率的關(guān)系，并將水流與空氣流的流量比和熱負(fù)荷作為蒸發(fā)式冷凝器的特性函數(shù)。實驗采用翅片管式的蒸發(fā)冷形式，并分別采用串聯(lián)、并聯(lián)和單獨運行的方式進(jìn)行了比較試驗。測試了軸向溫度分布，計算系統(tǒng)效率和傳熱系數(shù)，并將蒸發(fā)冷與空冷式進(jìn)行了比較，比較結(jié)果有利于更好地理解蒸發(fā)冷的特性。BilalA.Qureshi等分別對考慮了污垢熱阻的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析與實驗值比較，模擬表

9、明隨著運行時間的延長，污垢可使蒸發(fā)式換熱器的熱效率降低55%～78%，而出口冷卻流體溫度則升高4.7%。兩者的研究顯示了除垢的重要性。Qureshi運用熱力學(xué)第一、第二定律分析逆流式冷卻塔和蒸發(fā)式換熱器的熱力性能，運用火用平衡確定各系統(tǒng)的不可逆損失；在計算空氣水蒸氣混合氣體的流火用時，運用了包括熱火用、機械火用和化學(xué)火用的總火用概念。分析表明，對所有的換熱設(shè)備，入口濕球溫度的增加總是增加第二定律的效率。熱力學(xué)方法豐富了蒸發(fā)式冷凝冷卻傳熱

10、傳質(zhì)理論，在系統(tǒng)性能評價上也可以獲得良好的評價效果，但并沒有從根本上改變目前理論模型難以準(zhǔn)確表述傳熱傳質(zhì)過程的窘境。2.2國內(nèi)研究進(jìn)展國內(nèi)最早研究蒸發(fā)冷卻技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，但由于當(dāng)時國內(nèi)制造水平和對節(jié)能節(jié)水應(yīng)用技術(shù)意義的認(rèn)識不足，該技術(shù)并未在國內(nèi)引起足夠的重視，相關(guān)的理論與實驗研究文獻(xiàn)也不多見。90年代后期，隨著國家和企業(yè)對節(jié)能節(jié)水的重視，對非飽和蒸發(fā)冷卻技術(shù)的研究逐漸增多起來，研究的內(nèi)容也更加深入。在理論研究方面，蔣常建等以管

11、內(nèi)走工藝水的橫流式蒸發(fā)冷卻塔為研究對象，借鑒王鐵軍的逆流式冷卻塔熱力計算的數(shù)學(xué)模型，提出了一種準(zhǔn)三維的計算方法；定義了一系列量綱為1參數(shù)，通過計算得到了橫流式ENTU的關(guān)系線圖；討論了各種參數(shù)對其熱力性能和ENTU關(guān)系的影響。王東屏對用噴淋蒸發(fā)翅管式冷凝器的傳熱過程進(jìn)行了分析，建立了傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型。唐偉杰通過對帶預(yù)冷盤管的蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行分析，得到了冷凝盤管外冷卻水溫度和冷卻空氣焓值沿冷凝器高度方向分布的解析表達(dá)式；并在穩(wěn)

12、態(tài)傳熱仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)計了全年運行的蒸發(fā)式冷卻器的配風(fēng)量方案，可以作為蒸發(fā)式冷卻器運行調(diào)節(jié)的參考。郝亮等采用分布參數(shù)法對蒸發(fā)式冷凝器建立了數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值計算，以及對制冷劑溫度和熱流密度的沿程分布情況和入口空氣狀態(tài)變化、配風(fēng)量和配水量對換熱器性能的影響進(jìn)行了模擬分析。朱冬生等從理論和實驗兩方面對蒸發(fā)式冷凝器的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行了分析，包括管排方式（正排和差排）、管間距對換熱效果的模擬比較，風(fēng)量、噴淋水密度和水的分布狀況對傳熱傳質(zhì)的影

13、響，填料的影響，濕球溫度的影響等；此外，還對下送風(fēng)方式進(jìn)風(fēng)來流角度對換熱效果的影響進(jìn)行了模擬和實驗分析，得出最佳進(jìn)風(fēng)來流角在15～20。劉煥成參照美國ASHREA標(biāo)準(zhǔn)64—74對下進(jìn)風(fēng)上排風(fēng)（即風(fēng)水逆流式）并采用圓管換熱器的蒸發(fā)式冷凝器系統(tǒng)進(jìn)行了實驗測試，分析了冷凝溫度、空氣進(jìn)口濕球溫度、風(fēng)量和噴淋水量對氨蒸發(fā)式冷凝器單位面積熱負(fù)荷的影響，同時驗證了在不同工況下氨蒸發(fā)式冷凝器冷凝能力變換曲線的可靠性；實驗結(jié)果還表明，當(dāng)氨蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)