影響制冷劑液體沸騰換熱的因素

　　【中國制冷網】在蒸發器中，被冷卻介質的熱量是通過傳熱壁傳給制冷劑，使液體制冷劑吸熱汽化。制冷劑在蒸發器中發生的物態變化，實際上是沸騰過程，習慣上稱其為蒸發。蒸發器內的傳熱效果也象冷凝器二樣，受到制冷劑側的換熱系數、傳熱表面污垢物的熱阻及被冷卻介質側的換熱系數等因素的影響。

　　其中后兩種因素的影響基本上與冷凝器的情況相同，但制冷劑側液體換熱系數與氣體凝結時的換熱系數卻有著本質上的差別。制冷裝置蒸發器內傳熱溫差不大，因此制冷劑液體的沸騰總處于泡狀沸騰。沸騰時在傳熱表面產生許多氣泡，這些氣泡逐漸變大、脫離表面并在液體中上升。它們上升后，在該處又連續產生一個個的氣泡。沸騰換熱系數與氣泡的大小、氣泡的速度等因素有關。

　　這里主要分析影響制冷劑液體沸騰換熱的因素。

　　1、制冷劑液體物理性質的影響

　　制冷劑液體的熱導率、密度、粘度和表面張力等有關物理性質，對沸騰換熱系數有直接的影響。

　　熱導率較大的制冷劑，在傳熱方向的熱阻就小，其沸騰換熱系數就大。

　　蒸發器在正常工作條件下，蒸發器內制冷劑與傳熱壁面的溫差，一般僅有2~5℃，其對流換熱的強烈程度，取決于制冷劑液體在汽化過程中的對流運動程度。沸騰過程中，氣泡在液體內部的運動，使液體受到擾動，這就增加了液體各部分與傳熱壁面接觸的可能性，使液體從傳熱壁面吸熱更為容易，沸騰過程更為迅速。密度和粘度較小的制冷劑液體，受到這種擾動就較強，其對流換熱系數就越大。

　　制冷劑液體的密度及表面張力越大，汽化過程中氣泡的直徑就較大，氣泡從生成到離開傳熱壁面的時間就越長，單位時間內產生的氣泡就少，換熱系數也就小。

　　一般來說，氟利昂的熱導率比氨的小，密度、粘度和表面張力都比氨的大，因此其沸騰換熱系數比氨的小。

　　2、制冷劑液體潤濕能力的影響

　　如果制冷劑液體對傳熱表面的潤濕能力強，則沸騰過程中生成的氣泡具有細小的根部，能夠迅速地脫離傳熱表面，換熱系數也就較大。相反，若制冷劑液體不能很好地潤濕傳熱表面，則形成的氣泡根部很大，減少了汽化核心的數目，甚至沿傳熱表面形成氣膜，使換熱系數顯著降低。

　　常用的幾種制冷劑均為潤濕性的液體，但氨的潤濕能力要比氟利昂的強得多。

　　3、制冷劑沸騰溫度的影響

　　制冷劑液體沸騰過程中，蒸發器傳熱壁面上單位時間生成的氣泡數目越多，則沸騰換熱系數越大。單位時間內生成的氣泡數目，與氣泡生成到離開傳熱壁面的時間長短有關，這個時間越短，則單位時間內生成氣泡數目越多。此外，如果氣泡離開壁面時的直徑越小，則氣泡從生成到離開的時間將越短。

　　氣泡離開壁面時，其直徑的大小是由氣泡的浮力及液體表面張力的平衡來決定的。浮力促使氣泡離開壁面，而液體表面張力則阻止氣泡離開。氣泡的浮力和液體表面張力，又受飽和溫度下密度差（液體和蒸氣的密度差）的影響。氣泡的浮力和密度差成正比。液體的表面張力與密度差的四次方成正比。

　　所以，隨著密度差的增大，液體表面張力的增大速度，比氣泡浮力的增大速度大得多，這時氣泡只能依靠體積的膨脹來維持平衡，因此氣泡離開壁面時的直徑就大。密度差的大小與沸騰溫度有關，沸騰溫度越高，飽和溫度下的密度差越小，汽化過程就會更迅速，換熱系數就更大。

　　上面說明了在同一個蒸發器中，使用同一種制冷劑時，其換熱系數隨著沸騰溫度的升高而增大。

　　4、蒸發器構造的影響

　　液體沸騰過程中，氣泡只能在傳熱表面上產生，蒸發器的有效傳熱面是與制冷劑液體相接觸的部分。所以，沸騰換熱系數的大小與蒸發器的構造有關。實驗結果表明，肋片管上的沸騰換熱系數大于光管，而且管束上的大于單管的。這是由于加肋片以后，在飽和溫度與單位面積熱負荷相同的條件下，氣泡生成與增長的條件，肋片管比光管有利。由于汽化核心數的增加和氣泡增大速度的降低，使得氣泡很容易脫離傳熱壁面。實驗結果還表明，肋片管束的沸騰換熱系數大于光管管束的。有資料介紹，在相同的飽和溫度下，Rl2在肋片管管束的沸騰換熱系數比光管管束大70%，而R22的大90%。

　　根據以上分析，蒸發器的結構應該保證制冷劑蒸氣能很快地脫離傳熱表面。為了有效地利用傳熱面，應將液體制冷劑節流后產生的蒸氣，在進入蒸發器前就從液體中分離出來，而且在操作管理中，蒸發器應該保持合理的制冷劑液體流量。

　　此外，制冷劑中含油，對沸騰換熱系數也有一定影響，而且其影響程度與含油濃度有關。一般說，當制冷劑含油濃度不大于6%時，可不考慮這項影響，含油量更大時，會使沸騰換熱系數降低。