工作报告之冷凝器设计开题报告

冷凝器设计开题报告

【篇一：换热器开题报告】

丙烯冷凝器(e-301)设计

————

关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线

1研究背景

换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用

的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给

低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着

各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器

需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。

管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结

构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。英国用钎焊法制

造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机

的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆

工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型

材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科

学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而

推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年

代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的

管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。近年来，由于

能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收

再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率

以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有

重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的

工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器

的重中之重。

2文献综述

常见换热器种类：按传热方式的不同，换热器大致可分为三类，主

要有混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器。其中，间壁式

换热器的工业应用最为广泛，它的原理是将冷、热流体用一固体壁

面隔开，通过壁面进行传热。其优点是避免了介质间的直接接触而

导致介质的污染。在间壁式换热器中，由于管壳式换热器具有成本低，清洗方便，适用性强，工作可靠等优点，所以它的应用范围较广，在换热设备应用过程中仍处于主导地位。

冷凝器属于换热器的一种，常用于空调系统中，在化工行业的应用

也较为常见。冷凝器可用液体（例如水）或气体（如空气）来冷却，冷凝蒸汽可用来加热流体。一般冷凝流体的流动路线为：（1）在水

冷式凝气器中走管外；（2）在气冷式凝气器中走管内[2]。本文介绍

的丙烯冷凝器结构属于浮头式换热器。

浮头式换热器：浮头式换热器的结构特点是两端管板之一不与壳体

固定连接，可在沿壳体内轴向自由移动，该端称为浮头。当换热管

与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时互不约束，当两种介质温

差较大时，管束与壳体间不会产生温差应力。浮头端可设计为拆结构，使管束可以容易的插入或抽出（也有设计成不可拆的），这样

为检修、清洗提供了方便[3]。所以，它适用于壳体与管束壁温差较

大或壳程介质易结垢的场合。

浮头式换热器的主要元件：换热管、管板、管箱、壳体、折流板、

封头、法兰、接管等。

图2-1浮头式换热器

2.1换热管

2.1.1换热管常见类型

换热管常用形式为光管，该类型管制造方便，较为经济，但是传热

效率较低。为了强化传热，换热管还可采用强化传热管，如波纹管、螺旋槽管、螺纹管等。强化传热管的主要原理是通过改变管表面或

内部形貌，

从而改变流体的湍动程度，

来达到强化传热的目的。由于换热器中的传热在管子的表面，从性

能角度来考虑管子几何变量的选择显得重要。管子应该能承受两侧

的操作温度与压力、壳体和管束之间不同的热膨胀引起的热应力、

管程和壳程流体的腐蚀性[2]。

管子的大小由管外径和管壁厚度决定。从传热的角度来看，小管径

的管子能获得较高的传热系数，从而换热器也较紧凑。但大管径的

管子易于清洗，更强固，当允许的管侧压降很小时需要用到这种管子。其具体尺寸需参照相关设计手册进行选择[2]。

换热管材料，管材的选择主要是根据工况条件来进行，常用材料有

碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等，此外还有一些如石墨、聚

四氟乙烯、陶瓷等非金属材料。

2.1.2换热管排列方式

换热器管的布管原则是：无论采用哪种排列，都必须使管束周围的

弓形空间尽可能多布管，增大传热面积，防止壳程流体短路[1]。图

2-2为几种常见的换热管排列方法，其形式主要有正三角形、转角正

三角形、正方形、转角正方形。正三角形排管方法在同样的管板面

积上可以排最多的管，故而应用最为普遍，其缺点为清洗较困难。

为了便于管外清洗，可采用正方形或转角正方形排列的管束。

正三角形转角正三角形（p为管

中心距）

图2-2换热管排列方式正方形转角正方形

2.2管板

管板主要用于分布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，也将冷

热流体分开，避免他们混合，同时有受管程、壳程压力和温度的作用。在管板材料的选择中，主要需要考虑材料的力学性能，还要考

虑在管程、壳程中流动介质的腐蚀性，以及管板和换热管之间的点

位差对腐蚀性的影响[1]。

管板的设计准则为在满足强度要求的前提下，尽量减小管板的厚度，薄管板换热器可以节约管板材料。

2.3管箱

壳体直径较大的换热器多采用管箱结构。管箱位于管壳式换热器两端，

管箱

的作用是把从管道输送出来的流体均匀的分布到各换热管和把管内

流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起改变流

体流向的作用。管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗或管束

是否需要分程等因素来确定[1]。图2-3为管箱几种常见的结构型式。图2-3管箱结构型式

2.4壳体

壳体常为一个圆筒，在壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出之用。p201小尺寸的壳体通常用标准尺寸的管子加工而成，大尺寸的

壳体则用平板卷合而成。用于壳体的费用要远比管子的花费高，因

此设计人员在设计时一般只使用一个壳体来满足要求的换热面积。

比较经济的换热器通常是壳体直径小但尽可能长，只要满足整个工

厂的布局、安装以及使用等现场条件即可[2]。

2.5折流板

设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并

使壳程流体垂直冲刷管束，以改善加热，增大壳程流体的传热系数，减小结垢。在卧式换热器中，折流板还起支撑管束的作用。常用的

折流板型式有弓形和圆盘-圆环形两种。图2-4描绘了部分弓形和圆

盘-圆环型折流板的样图。

图2-4弓形板及圆盘-圆环形折流板

2.6管内流动的分程

管束分程，在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个

行程。在管壳式换热器中，最简单常用的是单管程的换热器。为使

流体在管束中保持较大流速，可将管束分成若干程数，使流体依次

流过各程管子，以增加流体速度，提高传热系数[1]。下表2.1列出

了管程的几种管束分程布置型式。

表2.1管程管束分程布置表

2.7.换热器中的其它结构

2.7.1封头

选择封头时有两点主要考虑的因素；（1）是否容易接近传热管，以便于清洗和更换；（2

）管道安装是否方便。如果容易结垢或经常需要检查，最好选择容

易

【篇二：换热器设计开题报告】

理工学院

毕业设计(论文)开题报告

题目：气-液介质专用换热器设计

学生姓名：石静学号：09l0503216

专业：过程装备与控制工程

指导教师：郭彦书（教授）

2013 年 4月 8 日

1文献综述

1.1 绪论

换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工

业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建

设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热

效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清

洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管

板式、u型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。

不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换

热器[1]。

1.2 管壳式换热器的特点

管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的

一种高效换热

器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进

行热量交换，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和

泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设

计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传

热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫

式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从

而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，

有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多

独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于

板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，

不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失

仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为

4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中

可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省

安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加

或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用

途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、

余热回收等工艺过程中截止间的热交换；第七，操作灵活，维修方便，传热板片

及活动压紧板均悬挂在机器的横梁上，压紧板上方设有滚动装置，

可方便地打开设备，进行清洗，并能取出一板片，进行检查或更换

垫片[2]。一般来说，人字形波纹板片的传热效率高、流体阻力大、

承压能力好。人字形波纹片之所以换热效率高，流体阻力降大，其

原因是板间流道截面变化十分复杂，易诱发湍流，同时流体在这种

多变得流道中流动会更多地消耗能量；而水平平直波纹板片的流道

变化则类似于正玄曲线，所以传热系数和流体阻力降都较低[3]。

1.3 管壳式换热器的发展及现状

1.31国内情况

尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我国换热器技

术基础研究仍然

薄弱。与国外先进水平相比较，我国换热产业最大的技术差距在于

换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对

于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。在换热器制造上。我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在

模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在设计

标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。目前，我国的管壳

式换热器便准的最大产品直径还仅停留在2.5米，而随着石油化工领域的大型化要求，目前对管壳式换热器直径已经达到

4.5米甚至5米，超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国tema标准设计[4]。板式换热器的优化选

型是根据换热器的用途和工艺过程中的参数和传热单元数ntu、温差比、选择板片形状、板式换热器的类型和结构。换热器中常使用换

热器的“传热面积”和“传热系数”术语，这是一种习惯的有特定含义

的名称。因为换热器间壁两侧的表面积可能不同，所谓“换热器的传

热面积”实际上是指约定的某一侧的表面积，习惯上一般把换热系数

较小的一侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积，

相对于该传热面积，单位时间、单位面积、在单位温差下所传递的

热流量，称为该换热器的传热系数，因此传热系数也是相对于约定

的某一侧的表面积而言的[5]。

目前板式换热器生产厂家均未提供凝结换热和沸腾换热的准则式，

在进行板式换热

器的设计选型计算时应注意以下一些问题：一般冷凝和沸腾均可在

一个流程中完成，因此，相变一侧经常布置成单流程，液体侧可根

据需要布置成单程或多程。在暖通空调制冷领域，水侧一般也是单

流程为多。对板式冷凝器，设计时一般不要使冷凝段与过冷段并存，因为过冷段的换热效率低，如果需要过冷，原则上应单独设过冷器。板式冷凝器及蒸发器设计同样存在一个允许压降问题。冷凝器内压

降大，会使蒸汽的冷凝温度降低，造成对数平均温差小；蒸发器内

压降大，会造成出口蒸汽过热度加大，两者都会使换热器面积加大，对换热是不利的。因此，在选择板式蒸发器时，应尽量选阻力较小

的板片，且每台板片数不宜过多；尽量使供液分配均匀。板式冷凝

器应采用中间隔板向两边分液的方法。在选型时，在无合适型号时

可选常用的一般板式换热器。对使用在制冷空调设

备上的板式换热器，由于制冷剂压力高，渗透能力强，宜采用钎焊

板式换热器。对于可拆卸板式换热器，垫片的密封性决定了整个换

热器的性能。垫片经多次松开和压紧容易破坏，需要更换。板式换

热器属于压力容器，必须定期检查，检查腐蚀状态，如有腐蚀，一

经发现，必须修理；当腐蚀严重，不可能修复，必须更换新件。板

件拆装时顺序不要搞错。此外，板式换热器应定期清洗[6]。一般情

况下，两侧流体的流量及四个进、出口温度中的任意三个已给定，

板式换热器的设计包括确定板型、板片尺寸、流程与通道的组合、

传热面积等。在作设计计算时，设计者应具备以下资料;选范围以内

的各种板片的主要几何参数，如单板有效换热面积、当量直径或板

间距、通道横截面以及通道长度等；适用介质种类与使用温度，压

力范围；传热及压降关联式或以图形式提供的板片性能资料；所用

流体在平均工作温度下的有关物性数据，主要包括密度、比热容、

导热系数及粘度[7]。

1.32国外情况

近年来，国外板式换热器发展的趋势是向大型化和多品种方向发展，如最大单片换

虑了非均匀流动分布因素，建立了新的传热与流动阻力公式，其结

果与实验吻合较好[11]。

1.4 管壳式换热器的发展方向

近些年板式换热器主要研究方向之一是创新板型以及研究板的几何

参数对流换热

及流动的影响。板式换热器的板片结构千差万别，其设计的最终目

的是要强化板片的换热效果、增加板面刚度、提高板式换热器的承

压能力。理想的板型设计，不仅具有较大的传热面积、较低的压力降、较高的传热系数，而且还应具有较好的刚性，以使很薄的

板片在固定压紧板和活动压紧板夹紧力的作用下相互支承，以抵抗

通道内不平衡压力对其产生冲击。为此，在板型设计中还要考虑支

承点的合理分布以及加强筋的布置等。一块管板按功能可以分成导

流部分、换热部分、密封部分、边缘支承以及悬挂定位等五个部分，其中换热部分是板片结构的核心，其结构形式主要取决于换热介质

的性质，要根据传热学和流体力学设计确定[12]。目前，板式换热器

设计、运行还是主要依靠实验研究。早在132年前，德国发明了板

式换热器，直到1932年才开始成批生产铸铜沟道板片的板式换热器。1930年，研究出不锈钢波纹板型板式换热器，从此为现代板式换热

器奠定了基础。通过实验研究和应用实验表明，人字形的传热性和

流阻特性效果优良，人字形的传热性和流阻特性效果优良，所以近

几十年板式换热器大都采用人字形板片。板式换热器实物实验投资大，时间长，花费大量的人力，一些大型换热器及复杂工况条件下

的换热器难以进行实验。故近年来，人们越来越热衷于采用计算流

体力学手段对板式换热器进行数值模拟，而将cdf（计算流体力学）

与实验有机结合在一起研究板式换热器是一种高效、经济的研究手

段[13]。

1.5 结语

作为一种高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收

过程中，除了高温、高压和特殊介质条件外，板式换热器均已替代

管壳式换热器。经试验证明在板式换热器使用范围内，绝大多数工

况时，用不锈钢板式换热器与管壳式换热器的竞争会更加激烈。此外，我国板式换热器在实验研究和理论研究方面与国外先进水平相

比仍然存在较大差距，所以仍需进一步加强板式换热器的研究。目前，我国换热器产业的市场规模大概360亿人民币。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的

需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。另外，航天飞行器、半导体器件、核电站、风力发电机组、太阳能光

伏发电及多晶硅生产等高新技术领域都需要大量的专业换热器。展

望板式换热器的未来，它会在更广泛的领域大有作为。

【篇三：冷风机与风冷冷凝器设计开题报告】

附件b：

毕业设计（论文）开题报告

1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）

1.1课题的目的

随着世界经济的发展，全球常规能源消耗量越来越大，而储量越来

越小，导致能源价格不断上涨，要解决这个问题，有两条路:一是寻

找新的能源替代品，二是节约和合理利用当前有限的常规能源。在

全球能源消耗构成中，夏季空调制冷能耗所占比重越来越大。据统计，夏季空调制冷用电量约占总用电量的40%，研究空调产品换热

器的换热效率，提高空调产品的节能指标就具有十分重要的意义。

空调器、冰柜等家用制冷设备和工业用制冷设备的生产在我国已经

得到长足的发展进步，从产量上来讲，已经步入世界前列，属于生

产大国。但是从技术上讲，和欧美等发达国家相比还有一定的差距，尚不属于技术大国，还不是制冷空调产品的强国。可持续发展是当

今世界许多国家共同的总体战略，也同样是我们国家发展的重大战略。节约能量消耗，保护自然环境是经济和社会可持续发展战略的

需要，这也对制冷机制造业的发展提出了新的要求，指出了发展的

方向。

冷风器是空调机组的核心部件，其性能直接影响到空调机组的性能。因此，国内外对冷风器的研究十分重视，先后提出的热工计算方法

已不下几十种，这些方法各具特色、各有利弊，即使在国内外空调

设计手册和教科书中采用的几种主要热工计算方法计算时也不都能

较全面和准确反应风冷器的性能。本文也对风冷式冷凝器进行了相

应的理论分析和实验研究，获得大量的实验数据，通过对数据的处

理分析，得到一系列有关风冷式冷凝器换热性能和风量测试的结论，对于冷凝器结构的优化设计具有很好的参考借鉴作用。

1.2国内外的研究现状及设计方案比较

1.2.1冷风机的国内外研究现状

冷风器是冷库、空调等制冷系统的一个重要部件，由于其工作温度

较低而经常结霜，为使其正常工作，不得不对蒸发器进行定期除霜，这不仅要耗费额外的能源，而且除霜期间制冷系统要停止工作，整

个制冷系统的制冷效果无疑会大大降低，所以了解冷风器在结霜工

况下的运行特性，以及霜的形成规律及其对蒸发器工作性能的影响，可以指导我们对系统进行优化，合理除霜，以便于提高空冷器的性能，这也一直是我们对冷风器不断进行研究的原因和动力。

冷风器作为空调系统中水侧和风侧子系统的重要接口，国内外对其

研究主要集中在强化换热、热工计算方法、仿真、应用范围的拓宽、开发更加紧凑型的翅

片管水冷式表冷器等方面。现在空调用冷风器大多数采用铜管套铝

片结构，也有少量的使用钢管铝翅片，铝管铝翅片，但最终目标都

希望能采用新的技术，强化表冷器的传热，从而提高机组制冷量、

处理空气效率，降低冷风器风阻，使产品结构更加紧凑，减少铜、

铝等金属材料的用量。对管翅式铜管铝翅片的换热器研究表明，其

热阻分布规律为：管内热阻与铜管翅片的接触热阻及管外空气侧的

热阻比为2∶1∶7，可见管外翅片的换热仍然是制约换热器效能的主要因素。因此,提高空气侧换热系数成为管翅式换热器强化换热的重

要问题。翅片结构形式包括间距、厚度、外型等对翅片管式换热器

传热性能和阻力性能有很大影响，可以通过改变翅片的结构形式来

增加翅片的换热面积、加强空气侧的气流扰动，进而增大空气侧换

热系数。就如何优化冷风器的结构使其达到最佳传热状态，国内外

从实验到数值模拟做了大量的研究工作。目前应用的翅片片型主要

有平板型、皱纹型（波纹板等）及开缝型（如条缝型、百叶窗型等），除平板型以外的片型因为对传热有明显的强化作用又称为强

化翅片。由于平翅片管换热器在制造上的简单方便、使用上的耐久

性及其较好的适用性，它仍是最为常用的一种翅片管换热器，国内

外对它的研究也最多。条缝形翅片和百叶窗翅片依靠破坏空气边界

层的原理减小空气侧热阻从而增强换热，目前它们已经被广泛使用

到空调系统中。波纹形翅片可以加长空气流道，并且能够对气流造

成充分的混合，所以也能增强空气侧换热，目前对它的研究是以上

三种强化管换热器中最多的。

1.2.2 风冷冷凝器的国内外研究现状

空调器中的冷凝器和蒸发器统称为换热器。换热器的性能直接影响

空调的制冷性能，而且金属材料消耗大，体积大，它的重量占整个

空调重量的50%-70%,它所占的空间直接影响空调器的体积大小，因此研制生产高效换热器是极为重要的。提高冷凝器的换热效率，在

一定换热量和能量消耗的前提下使设备紧凑，减少占地和材料消耗，降低成本，是现阶段冷凝器发展的总的趋势。

目前制冷空调机组的冷凝器多采用水冷式和风冷式。水冷式冷凝器

是用水冷却高压气态制冷剂，使之冷凝。由于采用水冷式冷凝器可

以得到比较低的冷凝温度，这对于制冷系统的制冷能力和运行经济

性均较为有利。而风冷式空调机组是利用空气使气态制冷剂冷凝，

在全负荷时，风冷冷凝器的冷凝温度要高于水冷式冷凝器，故风冷

式空调机组的性能系数相对较低。因此，同样制冷量的风冷冷凝器

对应的制冷压缩机需要更大的功率来运行。但是在只有部分负荷的

情况下，风冷机组和水冷机组的性能系数却相差不大。

1.2.3空冷和水冷冷却器的比较

水冷和空冷是目前工业装置中最重要的两种冷却方式。这两种冷却

方式各有优点和不足，选用时要视具体情况。如果冷却水供应困难，又要求严格控制环境

的污染，自然选用空冷器；如果厂地面积、空间都受到限制，水源

也无问题，也就只有选用结构紧凑的水冷器。但在一般情况下需作

全面比较，因为影响因素比较复杂。有关专家已作了许多分析和比较，一般都认为空冷优点多于水冷，所以即使在水源比较充足的地方，也推荐采用空冷。

空冷的优点主要有：1）对环境污染小；2）空气可随意取得；3）选厂址不受限制；4）空气腐蚀性小，设备使用寿命长；5）空气侧的

压降小，操作费用低；6．空冷系统的维护费用，一般情况下仅为水

冷系统的20％--30％；7）一旦风机电源被切断，仍有30%～40％

的自然冷却能力。8）无二次水冷却问题。空冷的缺点主要有：1）

由于空气比热小，且冷却效果取决于气温温度，通常把工艺流体冷

却到环境温度比较困难；2）大气温度波动大，风、雨、阳光，以及

季节变化，均会影响空冷器的性能，在冬季还可能引起管内介质冻结；3）由于空气侧膜传热系数低，故空冷器的冷却面积要人得多；4）空冷器不能紧靠大的障碍物，如建筑物、人树，否则会引起热风

循环；5）要求用特殊工艺设备制造翅片管；6）噪声大。

水冷的优点主要有：1）水冷通常能使工艺流体冷却剑低于环境空气

温度2-3℃，且循环水在凉水塔中可被冷却到接近环境湿球温度；2）水冷对环境温度变化不敏感；3）水冷器结构紧凑，其冷却面积比空

冷器小得多4）水冷器可以设置在其他设备之间，如管线下面；5）

用一般列管式换热器即可满足要求；6）噪声小。水冷的缺点主要有：

1）对环境污染严重；2）冷却水往往受水源限制，需要设置管线和

泵站等设施：3）特别对较大的工厂和装置，选厂址时必须考虑有充

足的水源；4）水腐蚀性强，需要进行处理，以防结垢和杂质的淤积；5）循环水压头高(取决于冷却器和冷水塔的相对位置)，故水冷能耗高；6）由于水冷设备多，易于结垢，在温暖气候条件下还易生长微

生物，附于冷却器表面，常常需要停工清洗：7）电源一断，即要全

部停产。

1.2.4风冷式和水冷式冷凝器制冷机的比较

空调负荷在整个夏季的分布是极不平均的，甚至在一天之内，不同

时间段负荷也差别很大。各种家用或商用空调器在最大负荷下运行

的时间将会是极其有限的。按一般统计，空调负荷在90%以上的运

行时间仅占到全部时间的7-8%，而负荷在60%以下的运行时间则要

占到50-60%，即家用空调器在整个夏季几乎都不是处在全负荷运行

之中川。所以总的来看，风冷式冷水机组的全年耗电量并不会比水

冷式机组高多少。

水冷制冷机以湿球温度为基准，对于湿球温度变化不大且较低的地

区较为适用。风冷制冷机以干球温度为基准，在一天之内干球温度

变化大的地区使用较为有利。当干球温度稍低时，制冷效果会更好。由于使用条件的不同，风冷冷凝器多应用在我国干燥缺水地区，而

水冷式冷凝器多在水资源较丰富的地区运用。但

随着我国工农业用水量的逐年升高，节约用水的呼声日益高涨，使

用节水型的风冷冷凝器将会成为主要的选择。随着城市建设对建筑

物立面要求，冷却塔的使用会逐步减少，对风冷制冷机的需求也会

愈来愈大。风冷冷凝器无需各种水力管道、阀门，加工成本较低。

同时，由于水质的关系，水冷式冷凝器要求定期清除水垢，否则传

热系数将会显著降低，但是水垢的化学或物理清除都要求较大的费用;而风冷冷凝器中的积尘虽然也会降低传热系数，但清洗较简便，

经济性更好。

2、课题任务、重点研究内容、实现途径

2.1 课题任务

本试验装置可以准确测量冷风机的制冷量、功耗和单位功率制冷量

等参数；并能测量风冷冷凝器的风量等技术数据。设备运转采用可

编程序控制器，直观性和可靠性都有了非常可靠的保证；测量数值

由计算机进行数据采集处理并存档，自动打印试验报告，并可分析

试验结果和测试数据。

2.2 重点研究内容

2.2.1 冷风机与风冷冷凝器的主要测试工况

冷风机的主要测试工况如表1。

注：

1）当制冷剂-油混合物液体中的含油量小于等于1%，不需根据含油量进行供冷量的修正；

2）冷却器的空气进口湿球温度应保证其冷却盘管基本不结霜或基本无凝结水；

3）吸气露点温度（相应蒸发湿度）对应冷却器的出口状态；

4）进口温差是指空气进口温度（干球）和吸气露点温度（相应蒸发温度）之间的温差；

6）参照标准：gb/t 25129-2010 《制冷用空气冷却器》

风冷冷风型空调机的基本参数按表2的规定

表2 风冷冷风型空调机的基本参数

注：1) 上表中所有参数为被测机各种工况可运行和测试的最小值和最大值。2) 风量测量参照标准：gb/t 17758-1999《单元式空气调节机试验方法》

2.2.2 研究的主要内容

1）文献调研，进行方案比较； 2) 冷风机方案设计；3) 风冷冷凝器方案设计；4）设备选型；5）三维模型建立；6）对设计方案进行评估；

2.3 制冷用空气冷却器（冷风机）的装置设计

2.3.1 本实验的实验方法

a) 校准箱量热计法

b) 制冷剂液体流量计法

2.3.2 校准箱量热计法

校准箱量热计法是通过测定输入校准箱量热计的总热量，包括输入的电功率与漏热量之和（但不包括冷却器输入功率），来测定冷却器供冷量的方法。进行过冷量实验或漏热系数标定实验时，校准箱应放在有一定尺寸的实验室内，其与环境间的各侧面，顶面和底面间应有不小于500mm的间隔。采用校准箱法进行供冷量测试，在内外温差不大于25%时，校准箱的漏热量应不大于500w，若漏热量大于500w，应不大于被测冷却器名义供冷量的20%。冷却器放置在一个带有隔热层封闭的校准箱量热计中进行试验，校准箱应位于一个

温度可控制的隔室内。校准箱应能承受内、外100pa的气压差。冷却器试验时其供液和回气管道应隔热。