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换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

2022/8/25 15:57:32

最近在设计某款热泵的蒸发器和冷凝器,在换热器模拟计算的结果中遇到一个参数叫制冷剂压力损失,这个值和换热器的流路布置、换热器的管子直径、管长、制冷剂质量流量都有关系。我们知道这个压力损失肯定是越小越好,但…

最近在设计某款热泵的蒸发器和冷凝器,在换热器模拟计算的结果中遇到一个参数叫制冷剂压力损失,这个值和换热器的流路布置、换热器的管子直径、管长、制冷剂质量流量都有关系。我们知道这个压力损失肯定是越小越好,但是多大算大,多小算小呢?是否有什么设计依据?我以前做设计时,总是把它控制很小,但从来没有对它多做研究,近来因为疫情影响,时间充足了些,对它有了一些兴趣,索性研究一下,看能否有些收获。

 

换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

 

先说一下换热器中制冷剂阻力损失理论上对系统产生的影响。

举例:蒸发温度7℃,冷凝温度54℃,假设吸气管、排气管、蒸发器、冷凝器都有压力损失,为了压焓图上各状态点显示明显,压损假设的大一点,见下图:

 

换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析
换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析
换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

 

1-压缩机吸气口、2-压缩机排气口、3-冷凝器进气口、4-冷凝器出口、5-膨胀阀出口、6-蒸发器出口

图上3点和6点处的压力为设计冷凝温度、蒸发温度对应的压力点。

从图上可以看出来吸气管路和排气管路的压力损失使压缩机压缩比加大了,压缩机功耗增加、排气温度升高,系统能效降低。不过吸气管路、排气管路一般较短、阻力一般损失较少,本文不着重研究。

下图是忽略吸排气管道压损,换热器有压损和无压损的压焓图。图上我们假设压缩机吸排气口状态一样。

 

换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

 

从图上可以看到有压损的压焓图4点压力略低,5点压力略高。冷凝器出口4点的焓值比4’点要小,理论上认为4点的过冷度更大,制冷量增加。出现这种情况是我画压焓图时假设了过冷度5度。实际上如果没有过冷度,冷凝器在有压损时,冷凝压力降低,对应的饱和温度也需要降低,那么必然会有部分液态制冷剂闪发成气态,对其余液态制冷剂进行降温。制冷剂液体中含有的气体越多,经膨胀阀节流后气体占比也越大,即干度越大,制冷量将减少。所以冷凝器侧有压损的情况下必须增大过冷度,保证进膨胀阀前的制冷剂全是液态。

 

换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

 

假设我们让上图4点和4’点焓值相等,那么4点的温度是低于4’点的。它使冷凝器的对数传热温差变小,换热量不变的情况下,必然要增大冷凝器换热面积。下面2图为对数温差计算比较,结果显而易见。

 

 

换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析换热器中制冷剂阻力损失对制冷系统的影响分析

对蒸发器而言,假设蒸发器出口的状态不变,为了克服蒸发器中的流动阻力,必须提高制冷剂进入蒸发器的压力.即提高蒸发器的起始蒸发温度(点5)。在这种情况下,制冷剂的节流前后的比焓不变,压缩机的吸排气状态不变,故对制冷系统的性能没有影响。但它使蒸发器的对数传热温差减小,制冷量不变的情况下,蒸发器的换热面积也要增大。

综上所述,我们发现减少换热器阻力损失,达到设计换热量的情况下,可以节省换热面积,换而言之,换热器面积不变的情况下,减少制冷剂阻力损失可以提高换热量。

不过经过本人的经验发现,同一个换热器分10个支路不一定比5个支路的换热量大,支路越多,制冷剂阻力损失越小,按上述理论应该换热量大才对呀?对此矛盾之处,个人认为支路数量不同,制冷剂在管路中流动速度不一样,支路少,流速快换热效果更好一些;支路多,流程短,制冷剂换热不充分,所以造成支路少的换热量大。

所以,如果增加一个条件:相同换热面积的换热器,支路相同的条件下,阻力越小换热量越大的结论就合理了。

相同支路,相同面积如何降低换热器阻力,我给出2个办法:1.增加管长,减少管根数和弯头;2.改用大直径管路。

那么换热器应该控制阻力损失多少合理呢?目前网上查到的资料是:蒸发器不要超过蒸发压力的5%,冷凝器不要超过冷凝压力的2%,(我推荐控制温度降低在2℃以内)否则会引起机组效率的降低。

转载百度百科:热泵烘干师


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