影响制冷剂液体沸腾换热的因素

　　【冷水机】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。

后两个因素的影响与冷凝器基本相同，但液体在制冷剂侧的传热系数与气体冷凝有本质区别。制冷装置的蒸发器内传热温度相差不大，所以制冷剂液体的沸腾始终是气泡沸腾。沸腾时，传热面上产生许多气泡，气泡逐渐变大，与表面分离，在液体中上升。它们上升后，在那里不断产生气泡。沸腾传热系数与气泡大小、气泡速度等因素有关。

本文主要分析了影响制冷剂液体沸腾传热的因素。

1。制冷剂液体物理性质的影响

制冷剂的导热系数、密度、粘度、表面张力等相关物理性质直接影响沸腾传热系数。

导热系数较高的制冷剂在传热方向上热阻较低，沸腾传热系数较高。

在蒸发器正常工作条件下，蒸发器内制冷剂与传热壁的温差一般只有2~5℃，对流换热的强度取决于蒸发时制冷剂液体的对流运动程度。在沸腾过程中，液体内部气泡的运动扰动了液体，增加了液体各部分与传热壁接触的可能性，使液体更容易从传热壁吸收热量，使沸腾过程更加迅速。并且低密度、低粘度的制冷剂液体受到的扰动更大，对流换热系数也更大。

制冷剂的密度和表面张力越大，汽化过程中气泡直径越大，从气泡产生到气泡离开传热壁的时间越长，单位时间内产生的气泡越少，传热系数越小。

一般来说，氟利昂的导热系数、密度、粘度和表面张力都比氨小，所以它的沸腾传热系数比氨小。

2。制冷剂液体的润湿性的影响

如果制冷剂液体在传热面上有很强的润湿能力，沸腾过程中产生的气泡有细根，可以很快与传热面分离，传热系数较大。相反，如果制冷剂液体不能很好地润湿传热面，气泡的根很大，减少了汽化核心的数量，甚至沿着传热面形成气膜，显著降低了传热系数。

几种常用的制冷剂都是润湿液，但氨的润湿能力比氟利昂强得多。

3。制冷剂沸腾温度的影响

液体沸腾过程中，单位时间内蒸发器传热壁上产生的气泡越多，沸腾传热系数越大。单位时间内产生的气泡数量与从气泡产生到离开传热壁的时间有关。时间越短，单位时间内产生的气泡越多。此外，气泡离开壁时直径越小，从产生到离开的时间越短。

当气泡离开壁时，其直径由气泡浮力和液体表面张力之间的平衡决定。浮力迫使气泡离开壁，而液体表面张力阻止气泡离开。饱和温度下，气泡浮力和液体表面张力受密度差(液体和蒸汽之间的密度差)的影响。气泡的浮力与密度差成正比。液体的表面张力与密度差的四次方成正比。

因此，随着密度差的增加，液体表面张力的增加速度远大于气泡浮力的增加速度。此时气泡只能依靠体积膨胀来维持平衡，因此气泡离开壁面时直径较大。密度差与沸腾温度有关。沸腾温度越高，饱和温度下的密度差越小，汽化过程越快，传热系数越大。

以上表明，当同一蒸发器使用相同的制冷剂时，传热系数随着沸腾温度的升高而增加。

4。蒸发器结构的影响

液体沸腾过程中，只能在传热面上产生气泡，蒸发器的有效传热面是与制冷剂液体接触的部分。因此，沸腾传热系数与蒸发器的结构有关。实验结果表明，翅片管的沸腾传热系数大于光管，管束的沸腾传热系数大于单管。这是因为在相同的饱和温度和单位面积热负荷下，以及气泡产生和生长的条件下，翅片管比光管更有优势。随着汽化核心数量的增加和气泡生长速率的降低，气泡容易从传热壁上分离。实验结果还表明，翅片管束的沸腾传热系数大于光滑管束。据报道，在相同饱和温度下，翅片管束中Rl2的沸腾传热系数比光滑管束高70%，而R22的沸腾传热系数比光滑管束高90%。

根据以上分析，蒸发器的结构应保证制冷剂蒸汽能快速从传热面分离。为了有效利用传热面，液态制冷剂节流后产生的蒸汽在进入蒸发器前应与液体分离，蒸发器在运行管理中应保持合理的制冷剂液体流量。

此外，制冷剂中的油对沸腾传热系数也有一定的影响，其影响程度与油的浓度有关。一般来说，当制冷剂的油浓度小于6%时，这种影响可以忽略不计。当含油量较大时，沸腾传热系数会降低。