空调换热器(培训教材)

- 1 - 1 翅片式换热器的结构及其制造(培训教材)

编著 陈裕瑶 一、换热器：换热器是用来实现冷热流体之间热量交换的设备,也称为热交换器。 1、冷凝器：冷凝器是一种把压缩机排出的高温、高压制冷剂气体冷凝成高压液体的换热器。它是制冷系统中主要的换热装置之一，其作用是将压缩机排出的高压、高温的制冷剂过热蒸汽，通过其将放热量传给低温物质(即空气或水)，使气态制冷剂冷凝成液态的制冷剂。冷凝器按其冷却介质不同可分为水冷式、空气冷却式和水加空气冷却式三类。水冷式冷凝器效果好，但需要冷却水循环设备,成本高，占地大。空气冷却式冷凝器效果较差，但安装方便,结构简单，故广泛用于空调器中。一般空调器中使用的是强制空冷式翅片盘管形冷凝器。 翅片式风冷冷凝器是冷凝器的一种，是一种换热器，在制冷系统中用强制通风的方式通过放热使制冷剂蒸气液化的部件，热泵运行时作蒸发器。翅片按规定的片距套入管簇，用胀管法使管簇紧密结合。它由翅片、管簇、侧板、分液器（或分液管）、集管、毛细管、风机和电动机组成。 2、蒸发器：蒸发器是一种依靠制冷剂液体在蒸发器内蒸发，从需要冷却的物体中吸取热量而蒸发成气体，使需要冷却的物体降温的换热器。它也是制冷系统中一个主要的换热装置，其作用是使低温、低压的液态制冷剂在其内迅速蒸发(沸腾)为蒸汽，吸收被冷却的物体的温度使其温度下降，从而达到制冷的目的。蒸发器按其被冷却介质的不同可分为冷却液体的蒸发器和冷却空气的蒸发器两类。空调中使用的是机械吹风式翅片盘管式蒸发器。 翅片式蒸发器是一种换热器，在制冷系统中通过吸热使制冷剂液体汽化的部件，热泵运行时作风冷冷凝器。翅片按规定的片距套入管簇，用胀管法使管簇紧密结合。它是由它由翅片、管簇、侧板、分液器（或分液管）、集管和毛细管组成。 3、蒸发—冷凝器：蒸发—冷凝器是一种利用蒸发器内流出的制冷剂气体把节流前的制冷剂液体过冷和把压缩机吸入前的制冷剂蒸气过热的换热器。它主要使用在制冷系统的回热循环回路中。 4、常见换热器的种类：翅片式换热器的种类很多，可根据其使用场所的不同以及其用途的不同，设计为不同规格化的换热器。最常见的换热器如下图所示。

外形：方形 管径： Φ9.52 外形： U 形 管径： Φ9.52 外形： L 片 管径： Φ9.52

外形：直片（铜翅片） 管径： Φ16 外形：直片 管径： Φ16 标准风机盘管表冷器

5、对空调器翅片式换热器的基本要求： (1)要有足够的传热能力：单位时间内由冷凝器传给流过冷凝器的空气的热量（也就是说流过冷凝器的空气所带走的热量），称为冷凝器的热负荷。在规定的工况和冷凝器结构尺寸条件下，冷凝器的热负荷大，空调器的制冷效果好；同样，单位时间内空气从蒸发器得到的冷量，就是蒸发器的制冷量，在规定的工况和蒸发结构尺寸条件下，制冷量越大，空调器的制冷效果越好。一般来说，由于冷凝器的热负荷应该等于空调器的制冷量和压缩机所消耗的功率之和。所以冷凝器的热负荷较蒸发器的热负荷要大。为此一般的冷凝器的体积也较蒸发器的体积要大。 (2)流动阻力要小：流动阻力大，将引起风机功率增加。流动阻力小，风机功率小，能耗就低。因此要求制冷剂在换热器传热管内的流动阻力要小。 - 2 - 2 (3)润滑油能回流：在压缩机排出的制冷剂中，带有一定的润滑油，制冷系统循环的过程中，润滑 油必须能顺利返回到压缩机中，否则将造成压缩机缺油而烧损。 (4)足够的强度，寿命和密封性： 换热器应具有足够的承受冷凝压力和蒸发压力的能力。应有防腐蚀的能力，应有足的强度和寿命，以及防止制冷剂泄漏的能力。 (5)要有承受结露，结霜和结冰的能力：对于单冷型空调器、蒸发器温度降低时，流过蒸发器外表面的空气，有时会结露、结霜或结冰，经常要进行融霜或融冰处理；对于热泵型空调器，在冬季供暖运行时，冷凝器变成蒸发器，也会引起上述变化。故换热器应具有能承受结露、结霜和结冰的能力。 （6）换热器外型应和空调器的总体相适应。 （7）节约材料和成本：在保证空调器性能的前提下，降低换热的材料消耗，采用高传热效果的薄铜管和薄铝箔，或采用直径较小的薄铜管和较大的管间距都能减少材料的用量，从而降低产品的成本。 6、翅片式换热器的计算 单个翅片的传热计算

（1）厚度不变的直肋：hkaUQeml112

（2）对于有限长的直肋,忽略肋端换热时,可得： )()()(/1112lmthkkaUlmthmhUQlmch



2/ll

lmlmlmlmeeeelmchlmshlmthkhkahUm)()(

)(

2

（3）可变厚度的直肋： - 3 -

3 引入校正系数： ),(1212fqq ffFQqqqqFQ/ （4）截面不变的圈肋计算：

ffFQqqqqFQ/





翅片的效率及效能系数： 肋片实际散热量 Q 肋片效率 == —————————————— == ——- 整个肋片都处于肋基温度时的散热量 Q1 （5）无限长的矩形直肋：

lhkmllUhkalUhUkah1211.11111



(6)有限长的矩形直肋：

（7）效率系数： 一个热片的实际传热 Q φ== —————————————————— == ——- 无肋（即传热面积为Q）时的传热量 Q1

(8)讨论 翅片应该薄还是厚？厚的好处：效率高，强度高； 薄的好处：效能高，省材料；在满足一定效率的前提下，尽量减薄翅片，因为提高传热量是最终目的 翅化比ε是大好还是小好？ Q=KF0Δtm=K’FmjΔt0? ε = F0/Fmj ε大，则面积大，但是， Δtm会降低，而且密集的翅片会造成翅片间的绝热。 加翅的条件：翅片的传热计算公式：单个；翅片的效率计算；翅片的效能 7、翅片管的传热计算 （1）非矩形翅片管的传热计算： 由图表查出效率，然后采用公式计算。见p176， 图4-13 ~ 图4-17。

（2）整个翅片管（或肋壁）的传热计算

lmlmthllmthUhkalUhlmthUkah)()()(.

1111



1211



hkhakUhakUhaQ

Q

)()(11lmthhakUhalmthkUha



kh

2/1

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1111..lUhQlUhQ



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000)(thFhFtFKtKFQrrfffmm



00FFKK - 4 - 4 （3）代表以光管外表总面积为基准的传热系数

8、换热器的基本传热关系： （1）冷凝器的基本传热关系： 单位时间内空气通过冷凝器的传热管和翅片带走管内制冷剂的热流量（即热负荷）为：Qk=K0F0θm 或 Qk=KtFtθm 式中：Qk——冷凝器的热负荷（W） K0——以传热外表面为基准的冷凝器传热系数[W/（m2.K）]; Kt——以传热内表面基准的冷凝器传热系数[W/（m2.K）]； F0——传热外表面面积（m2）； Ft——传热内表面面积（m2）； θm——对数平均温差（K）。 其中： ta2—ta1 ta2—ta1 θm == ----------- == ------------------- tk—ta1 tk—ta1 Ln----------- 2.3log ---------- tk—ta2 tk—ta2 式中：ta1----空气进冷凝器的温度； ta2----空气出冷凝器的温度； tk-----冷凝温度。 （2）蒸发器的基本传热关系： 单位时间内空气通过蒸发器的传热管和翅片传给管内制冷剂的热流量（即制冷量）为：Qk=K0F0θm 或 Qk=KtFtθm 式中：Qo——蒸发器的制冷量： Ko——以传热外表面积为基准的传热系数； Ki——以传热内表面积为基准的传热系数； Fo——传热外表面面积； Fi——传热内表面面积； θm——对数平均温差。 ta1—ta2 ta1—ta2 其中： θm== ————-- == ------------------- ta1-t ta1--to ln -------- 2.3log--------- ta2-to ta2--to 式中：ta1---空气进蒸发器的温度；ta2---空气出蒸发器的温度； to--制冷剂在管内的蒸发温度。 其中Ki、Ko可表示为： 1 Ki==--------------------------------------[W/（m2.）K]

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111

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ifrfifidiifiFFrhr/11

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ifrififiFFF

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tprrolskcWdNukdh296.0712.0max0311378.0