1、略谈湿空气对蒸发式冷凝器性能的影响摘要】蒸发式冷凝器结合了水冷式和风冷式冷凝器的优点,蒸发式冷凝器被广泛用于强化换热和提高冷却系统的性能。本文通过蒸发式冷凝器性能测试实验,分析和测试了空气参数如湿球温度和迎面风速对蒸发式冷凝器制冷系统制冷性能的影响。,通过对湿空气火用分析表明,蒸发式冷凝器适宜气候干燥地区使用。实验测试结果表明,对于所研究和蒸发式冷凝器,当空气湿球温度从 14.7增大到 25.7,制冷量和能效比分别减少了 4.8%和 15%,最佳迎面风速范围为 2.9 一 3.1m/s。 【关键词】蒸发式冷凝器 性能湿空气能效比 中图分类号：Q938.1+4 文献标识码：A 文章编号： 蒸发式
2、冷凝器主要由壳体、风机（排热系统） 、挡水器（阻水系统） 、喷淋水系统、冷凝盘管、进风口、水泵、水槽等部件组成。由于蒸发式冷凝器与水冷壳管式冷凝器相比，具有换热效率高、冷凝温度低、冷却水消耗量少等优点，在大型工业冷冻系统及冷冻冷藏系统应用越来越广。蒸发式冷凝器作为制冷系统的主要设备之一，随着制冷系统的增大和其使用数量的增多，为保证制冷系统的全年安全高效运转，蒸发式冷凝器的智能控制显得尤为重要。随着季节的变化或用户冷量需求的变化，需要对蒸发式冷凝器的运转进行调节，这对于保证制冷系统正常运转及节约电耗具有重要意义。 蒸发式冷凝器的基本工作原理 是以蒸发冷凝和显热交换为基础，传热的发生与水膜和空气的
3、逆向流动是同时进行的。蒸发式冷凝器上部装有引风机、挡水板和喷淋装置，中部安装有布水器、制冷剂换热用的冷却盘管、填料层，下部设有空气吸入口格栅、集水槽、溢补水装置及循环水泵。集水槽内由浮球阀控制一定的水位，循环水泵自集水槽吸入冷却水压送到上部的喷淋装置，经喷嘴均匀地喷淋到冷却盘管上。管内为制冷压缩机排出的过热蒸汽，放出过热热量和冷凝汽化潜热，最后成为对应于冷凝压力下的制冷剂饱和液体或过冷液体。冷却循环水连续不断地喷淋后，沿冷却盘管管外表面成膜层下流，水膜从冷却盘管管壁吸取制冷剂的热量之后，部分水蒸发为水蒸气，由引风机从下部吸风口抽吸的空气流带走，即参与传热传质的湿空气从顶部排出，使得蒸发式冷凝器
4、的内部保持一定的负压。其余的水流沿着冷却盘管往下流动，逆向流动的空气流在与水滴水雾的接触中，由于温差和相变的原因使得冷却循环水温降低，另外在装有吸水材料的填料层中，自下而上吹过的空气还能使水温进一步降低，造成有较多的时间和环节将水中的热量传与气流带走。流下的冷却循环水汇集在集水槽内继续使用。 2本文通过蒸发式冷凝器制冷系统实验,从理论和实验两方面单独研究了空气参数如湿球温度和迎面风速对蒸发式冷凝器系统制冷性能的影响。 2.1 湿空气的火用分析评价 从热力学第二定律出发,蒸发式冷凝器的换热过程主要是通过管表面水膜的有效蒸发来散热,同时管外空气流的化学火用甚至热能火用转化为管内制冷工质的热能火用。
5、为此,有必要对空气的火用进行分析和评价。以环境状态下的饱和湿空气(T0,P0,X0)作为非约束性状态的基准,湿空气的总火用可表达为: ex=exth+exme+exeh 可见,该火用由三部份组成,即热能火用(thermalexergy)、机械火用(meehani ealexergy)和化学火用(。Hemieal exergy),可分别表示如下: ex=(cc，wa+xcp，v)T0(T/T0-1-LnT/T0) exme=（1+1.608x）0.287T0LnP/P0) Ex=0.287T0【1+1.608x）Ln（1+1.608x0）/（1+1.608x）+1.608xLn xn/x0】 热
6、能火用反应了系统温度与环境温度不平衡时所具有的有用能,机械火用反应了系统压力与环境压力不平衡时的有用能,而化学火用则反应了系统湿空气含湿量与环境状态下空气含湿量不相等时的有用能。图 4 给出了不同空气温度 t。下化学火用 exch 随相对湿度 的变化关系。从图中不难发现,同一相对湿度 下空气的温度 tw:越高,或同一空气温度twa 下相对湿度 越小,空气的化学火用越大,吸湿能力越强,就具有越强的传热传质效果,蒸发式冷凝器的传热性能越佳。可见,蒸发式冷凝器适用于气候较为干燥的地区使用。 2.2 湿球温度的影响实验结果 实验中,选取蒸发式冷凝器喷淋密度为 0.047kg/ms,迎面风速为3.0m/
7、s,选取湿球温度的范围为 14.7 一 25.7,实验结果如下： 制冷量 Q。和能效比 EER 都随进风湿球温度的增大而减小,制冷量从38.6kw 减少到 36.8kw,减少比率为 4.8%,能效比从 5.19 减少到 4.4,减少比率为 15%。说明随着湿球温度的升高,空气吸收水蒸气的能力下降。这是因为空气进出口温差值是蒸发式冷凝器换热表面热质交换动力。湿球温度高,说明进风焓值高,这就减弱了水膜与空气间的热质交换动力,故制冷量和能效比减小。另外,从图中还可以看出湿球温度达到 19.4 一20.9后,制冷量和能效比的降低趋势变得更为明显。可见,在较高的湿球温度下对其制冷量和能效比的影想较大,为
8、此,蒸发式冷凝器制冷机组较为适合在当地湿球温度较低的地区即气候干燥地区使用。 2.3 迎面风速的影响 空气流量是影响蒸发式冷凝器性能的一个重要因素,蒸发式冷凝器中通常将空气流量转换为迎面风速来说明它对蒸发式冷凝器造成的影响。实验中,分别固定喷淋水量为:11.7m3/h、9.7m3/h 和 5.7m3/h,即固定喷淋密度为:0.047kg/mS、0.039 和 0.023kg/ms,从小到大改变迎面风速即改变风量。选取湿球温度为 18.1,观察迎面风速对蒸发式冷凝器性能的影响,实验结果如下。 实验范围内制冷量为 27-38.5kw,能效比为 2.0 一 5.1。刚开始制冷量和能效比均随迎面风速的
9、增加而增大,但当迎面风速经过 2.9 一 3.1m/s后,制冷量和能效比都出现了减小的趋势。可见,蒸发式冷凝器性能在一定风速 2.9-3.1m/s 时达到最佳。其原因主要是受空气在热湿交换面上的传热传质剧烈程度和交换时间的共同影响因素决定的。迎面风速越大,使得空气与管外表面水膜蒸发水蒸气的接触时间越短,则空气与水膜的热湿交换越不充分;但另外一方面,由于迎面风速的增大,增大了热湿交换面上热质传递的剧烈程度,这又促使热湿交换更加充分。正是由于这两者作用的相互矛盾,存在最佳迎面风速使得蒸发式冷凝器的性能最佳,制冷量和能效比达到最大。 3 蒸发式冷凝器的进一步发展 蒸发式冷凝器的诸多优点和实际应用的获
10、益引起了人们的关注，国内学术界、企业界分别从蒸发式冷凝器传热与流动性能及机理、蒸发式冷凝器的原理和设计思路、新技术新材料在蒸发式冷凝器上的运用和提高效率加快推广应用等方面开展了大量的工作。实现对蒸发式冷凝器的计算流体力学分析和可视化实验研究；水管路系统优化设计；采用不同空气流向达到场协同的研究；合适水气比的选择等。在蒸发式冷凝器有效运行方面，采用变频风机和水泵以适应部分负荷条件下的运行；合理配置与制冷压缩机的组台匹配；有效控制循环冷却水的质量（防污染、防结垢、使用周期、水处理） ；整机的腐蚀防护等。在蒸发式冷凝器产品延伸方面，研制开发带有蒸发式冷凝器的一体化冷水机组，制造配套中央空调、中型商务
11、空调和户式空调的蒸发式冷凝器；较低蒸发温度制冷系统的蒸发式冷凝器研究。 4 结论 (l)空气在蒸发式冷凝器中是一个加湿过程,化学反应式反映了空气的被加湿能力,表明蒸发式冷凝器适用于气候干燥地区。 空气湿球温度对蒸发式冷凝器的性能影响实验表明,湿球温度的增大使性能恶化。对于所研究的蒸发式冷凝器,当湿球温度从 14.7增大到25.7,制冷量和能效比分别减少了 4.8%和 15%。 迎面风速对蒸发式冷凝器的性能影响实验表明,迎面风速有一个最佳范围。对于所研究的蒸发式冷凝器最佳迎面风速范围为 2.9 一 3.1m/s。 蒸发式冷凝器性能的各个影响因素之间仍具有相关性，需要通过理论模型分析、作用机理探讨、实验数据研究等多种手段进一步加以分析. 参 考 文 献 湖北工业建筑设计院蒸发冷控制 中国建筑工业出版社，： 朱冬生，涂爱民，蒋翔，等蒸发式冷凝冷却设备的研究状况及 其 应 用 前 景 分 析 化 工 进 展，（）： 3 郝亮，阚杰，袁秀玲.蒸发式冷凝器稳态模型数值模拟J.制冷与空调，2005，5（4）：31- 34. 4 唐伟杰，张旭. 蒸发式冷凝器的换热模型与解析解J.同济大学学报（自然科学版） ，2005，33（7）：942- 946.
