第七章 冷凝器和蒸发器
冷凝器蒸发器设计计算
冷凝器蒸发器设计计算冷凝器和蒸发器是制冷循环中非常重要的组件，它们分别被用于制冷循环的冷凝和蒸发过程。
在设计冷凝器和蒸发器时，我们需要考虑如下因素：制冷剂的特性、制冷负载、传热和传质等。
首先，我们需要了解制冷剂的特性。
制冷剂的性质包括其工作压力范围、蒸发压力、饱和温度和流态等。
对于不同的制冷剂，其特性将直接影响到冷凝器和蒸发器的设计和计算。
其次，制冷负载是设计冷凝器和蒸发器的另一个重要因素。
制冷负载是指被冷却或加热的介质需要的冷量或热量。
制冷负载的大小将决定冷凝器和蒸发器的尺寸和性能需求。
接下来，传热是设计冷凝器和蒸发器的关键环节之一、传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
对于冷凝器来说，传热是指热量从制冷剂气态状态转变为液态状态的过程。
而对于蒸发器来说，传热是指热量从被冷却的介质转移到制冷剂的过程。
传热的计算中，我们需要考虑到传热系数、表面积和温度差等因素。
传质也是设计冷凝器和蒸发器的一个重要因素。
传质是指物质从一个位置移到另一个位置的过程。
对于冷凝器来说，传质是指从制冷剂的气态变为液态的过程。
对于蒸发器来说，传质是指从制冷剂的液态变为气态的过程。
在传质计算中，我们需要考虑到传质系数、表面积和浓度差等因素。
综上所述，设计冷凝器和蒸发器需要考虑到制冷剂的特性、制冷负载、传热和传质等因素。
在进行设计和计算之前，我们需要详细了解冷凝器和蒸发器的工作原理和特性。
同时，我们还要根据具体的制冷需求和工作条件来选择合适的制冷剂、调整尺寸和优化设计，以确保冷凝器和蒸发器的性能和效率。
蒸发器与冷凝器PPT课件
第三节
38
3 冷凝器的设计计算
水冷冷凝器 主要设计内容
1 设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）
2 主要参数选择 冷凝器结构型式 冷却水的流速
冷却水出水温度与 冷凝温度之差：
优点
➢ 3 管子外侧清洗去
➢ 1 制冷剂充注量少，可不设置高压贮液桶 ➢ 2 制冷剂的流速高，蒸发器内不易积油
垢较困难，一般只 能采用化学清洗法
➢ 3 载冷剂的流速较高，不易冻结
➢ 4 蒸发管簇多采用肋片管，且壳体内设 有折流板，故传热系数较大
51
第四节
4 蒸发器的种类和工作原理
非满液式蒸发器 干式壳管式蒸发器 直接蒸发式空气冷却器
3
制冷装置的换热设备
换热设备的选用
与其用途、传热介质的类型、流动方式和传热特 性有关
冷凝器 蒸发器 再冷却器 回热器 中间冷却器 冷凝-蒸发器
4
制冷装置的换热设备
主要内容
冷凝器的种类、基本构造和工作原理 蒸发器的种类、基本构造和工作原理 冷凝器与蒸发器中的传热过程及分析 冷凝器与蒸发器的设计计算 其他换热器介绍
2 主要参数选择
冷水或盐水蒸发器的出口 温度是根据空调或工艺要
制冷剂质量流速的选择
求提出的。一般，蒸发温
制冷剂与载冷剂相对流向的选择 制冷剂侧的流程数选择
度比冷水出口温度低 2~4℃，冷水进出口温差
： 4~6℃
载冷剂温降选择
载冷剂折流板型式及数量的选择
载冷剂侧污垢热阻
传热管型式
3 液体流动阻力
车载蒸发器 冷凝器原理
车载蒸发器冷凝器原理车载蒸发器冷凝器原理概述•车载蒸发器和冷凝器是汽车空调系统中的重要组成部分，用于调节车内温度。
•蒸发器负责将液态制冷剂蒸发为气态，从而吸收车内热量。
•冷凝器则将蒸发后的制冷剂重新冷凝为液态，并通过散热的方式将热量释放到外界。
蒸发器原理1.制冷剂进入蒸发器后，遇到较低的压力和温度。
2.低温状态下，液态制冷剂蒸发为气态。
3.蒸发过程吸热，从而吸收车内空气的热量。
4.通过传热器，将吸收的热量传递给制冷剂，并迅速将其蒸发。
冷凝器原理1.蒸发后的制冷剂进入冷凝器，即汽车空调系统的热交换器。
2.冷凝器内有大量的散热管道，通过其表面与周围空气接触，实现热量传递和散发。
3.外界空气吹过冷凝器，带走散热管道上的热量。
4.制冷剂在冷凝器中被迅速冷却，并从气态转变为液态。
蒸发器与冷凝器的作用•蒸发器通过吸热作用，将车内空气中的热量吸收掉，从而降低车内温度。
•冷凝器通过散热作用，将制冷剂中的热量释放到外界，从而让制冷剂重新变为液态并回到蒸发器进行下一轮工作。
蒸发器与冷凝器的关系•蒸发器和冷凝器的工作是连续的，两者通过制冷剂在汽车空调系统中的循环来实现。
•制冷剂在蒸发器和冷凝器之间来回流动，通过蒸发和冷凝的相互转化，实现热量的吸收和释放，从而调节车内温度。
总结•车载蒸发器和冷凝器是汽车空调系统中的核心部件，通过蒸发和冷凝的原理实现热量的吸收和释放。
•蒸发器将车内热量吸收进制冷剂中，冷凝器将制冷剂中的热量释放到外界。
•两者的连续工作使得汽车空调系统能够有效地调节车内温度，提供舒适的驾驶环境。
压力与温度•蒸发器内的压力是较低的，一般在制冷系统中是最低的。
•低压状态下，蒸发器内的制冷剂温度也相对较低。
相变过程•在较低的温度下，液态制冷剂进入蒸发器后，会快速蒸发为气态。
•蒸发过程中，制冷剂从液态转变为气态，吸收了周围环境的热量。
吸热作用•蒸发器的主要作用是吸收车内空气中的热量，从而降低车内温度。
•当热空气进入蒸发器并与制冷剂气体接触时，热量会被传递给制冷剂，从而使制冷剂蒸发。
蒸发器原理及应用
蒸发器原理及应用蒸发器是一种将液体转化为气体的设备，它运用了液体的沸腾和气化过程。
蒸发器的原理是将液体供应到蒸发器内部，并通过合适的方式提供热量以使其沸腾和气化。
在沸腾过程中，液体内部的分子开始获得足够的能量，转化为气体形式的水蒸气。
蒸发器通常具有一个热源，热源可以是燃料燃烧时释放的热能或者是外部供应的热能。
蒸发器应用广泛，以下是几个常见的应用领域：1. 冷凝器和蒸发器：冷凝器蒸发器是制冷循环系统中重要的组件之一。
在制冷循环系统中，蒸发器接收制冷剂的低压低温气体形式，并通过提供热能使其沸腾和气化，最终转化为高压高温气体形式。
冷凝器接收高压高温的制冷剂气体，通过散热将其冷却并转化为液态，以便于再次循环。
2. 浓缩液体：蒸发器可以将液体中的溶质浓缩，将溶液中的溶剂通过热交换过程蒸发出来，从而使溶液变浓。
这种浓缩液体的应用广泛，比如食品工业中的果汁浓缩、化工工业中的溶剂回收等。
3. 蒸发结晶：蒸发器可以在溶液中蒸发出溶剂，使溶液逐渐浓缩，最终达到溶质的饱和度并形成结晶。
蒸发结晶广泛应用于盐类、糖类、药品等领域，可以用于从溶液中获得高纯度的产物。
4. 污水处理：蒸发器可以将低温下难以处理的污水中的水分蒸发掉，将其浓缩为湿固体或者固体。
这种技术在污水处理中被广泛应用，可以有效地减少废水体积，降低处理成本，并提取出污水中有价值的物质。
5. 清洁能源：蒸发器可以利用太阳能或者地热能量，通过蒸发过程产生的蒸汽驱动发电机产生电能。
这种利用可再生能源的方式具有环保、低排放等特点，为清洁能源的发展作出了贡献。
总的来说，蒸发器利用液体的沸腾和气化过程将液体转化为气体，可应用于制冷循环、浓缩液体、蒸发结晶、污水处理以及清洁能源等领域。
蒸发器在这些领域中的应用，提高了工艺效率，降低了成本，同时也为资源利用和环境保护做出了贡献。
蒸发器冷凝器的作用
蒸发器冷凝器的作用蒸发器和冷凝器是蒸馏过程中非常重要的设备，它们在不同的工业领域中扮演着不可替代的角色。
本文将着重介绍蒸发器和冷凝器的作用和原理，并探讨它们在不同领域中的应用。
一、蒸发器的作用蒸发器是一种将液体转化为蒸汽的设备，其作用主要有以下几个方面：1. 浓缩液体：蒸发器可以通过蒸发的方式将溶液中的溶质浓缩，从而得到纯净的溶质或高浓度的溶液。
在化工、食品加工等行业中，蒸发器被广泛应用于浓缩果汁、药液、盐水等物质。
2. 分离混合物：蒸发器可以利用混合物中各组分的不同蒸发温度，将混合物分离为不同的组分。
例如，利用蒸发器可以将石油中的不同组分（如汽油、柴油、润滑油等）分离出来。
3. 除去液体中的溶质：蒸发器可以通过蒸发将液体中的溶质除去，从而得到纯净的溶剂。
在化工、制药等行业中，蒸发器被广泛应用于回收溶剂、去除废水中的污染物等。
二、冷凝器的作用冷凝器是一种将蒸汽转化为液体的设备，其作用主要有以下几个方面：1. 回收蒸汽：冷凝器可以将蒸汽冷却并转化为液体，从而回收蒸汽中的热能。
在发电、化工等行业中，冷凝器被广泛应用于回收蒸汽中的能量，提高能源利用效率。
2. 分离混合物：冷凝器可以利用不同组分的沸点差异，将混合物中的蒸汽分离为不同的组分。
例如，在石油炼制过程中，冷凝器可以将石油蒸汽中的不同组分（如汽油、柴油、润滑油等）分离出来。
3. 降低压力：冷凝器可以将高压蒸汽冷却并减压，从而满足后续工艺的要求。
在化工、制药等行业中，冷凝器被广泛应用于降低压力、分离液体等工艺中。
三、蒸发器和冷凝器的原理蒸发器和冷凝器都是利用物质的相变过程实现其功能的。
蒸发器通过加热液体使其蒸发，而冷凝器则通过冷却蒸汽使其凝结。
蒸发器的加热方式有多种，可以通过外部加热、内部加热或间接加热等方式实现。
加热液体使其达到沸腾点，液体表面形成大量气泡，从而将液体转化为蒸汽。
蒸发器通常包含一个加热器和一个蒸发室，加热器提供热量，而蒸发室则提供足够的空间供蒸发。
蒸发器和冷凝器分类
一、冷凝器的种类及特点冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。
（一）水冷式冷凝器水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。
冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。
水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。
1、立式壳管式冷凝器立式冷凝器的主要特点是：1°由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700(kcal/m2? h?℃)。
2°垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。
3°冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。
4°管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。
二、蒸发器分类：根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类：(1)冷却液体载冷剂的蒸发器。
用于冷却液体载冷剂——水、盐水或乙二醇水溶液等。
这类蒸发器常用的有卧式蒸发器、立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器等。
(2)冷却空气的蒸发器。
这类蒸发器有冷却排管和冷风机。
以下主要介绍空调系统中常用的冷却液体载冷剂的蒸发器。
一、卧式蒸发器卧式蒸发器又称为卧式壳管式蒸发器。
其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。
按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。
1、卧式壳管式蒸发器卧式壳管式蒸发器是满液式蒸发器。
即载冷剂以1～2m/s的速度在管内流动，管外的管束间大部分充满制冷剂体，二者通过管壁进行充分的热交换。
吸热蒸发的制冷剂蒸汽，经蒸发器上部的液体分离器，进入压缩机。
为了保证制冷系统正常运行，这种蒸发器中制冷剂的充满高度应适中。
液面过高可能使回气中夹带液体而造成压缩机发生液击；反之，液面过低会使得部分蒸发管露出液面而不起换热作用，从而降低蒸发器的传热能力。
因此，对于氨蒸发器其充满高度一般为筒体直径的70～80％，对于氟利昂蒸发器充满高度一般为筒体直径的55～65％。
卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。
各种蒸发器冷凝器计算
各种蒸发器冷凝器计算蒸发器和冷凝器是蒸发冷凝循环系统的两个重要组成部分。
蒸发器用于将液体转化为蒸汽，冷凝器则将蒸汽重新转化为液体。
在工业生产或空调系统中，蒸发器和冷凝器的设计和计算十分重要，因为它们的效率和性能直接影响到系统的运行效果。
下面将对各种蒸发器和冷凝器的计算进行详细介绍。
一、蒸发器的计算蒸发器的主要作用是通过向环境中提供热量，将液体转变为蒸汽。
在计算蒸发器时，需要考虑以下参数：1.蒸发器的热负荷：即单位时间内从蒸发器中蒸发的液体的热量。
热负荷可以通过以下公式计算：热负荷=蒸发流量×蒸发潜热2.蒸发器的换热面积：蒸发器的换热面积决定了热量的传递效率。
一般而言，换热面积越大，热量传递效率越高。
换热面积的计算常采用多种方法，如LMTD法和效能法。
3. 蒸发器的传热系数：传热系数是指单位面积上的热量传递速率。
蒸发器的传热系数一般由蒸发器的材料和工况条件决定。
常见的计算方法有Nu数法和Kern法。
4.蒸发器的风速：蒸发器通过风速来增加传热效果。
风速的选择应根据具体的应用环境和蒸发器的性能来确定。
二、冷凝器的计算冷凝器的主要作用是将蒸汽重新冷凝为液体。
在计算冷凝器时，需要考虑以下参数：1.冷凝器的冷负荷：即单位时间内从冷凝器中冷凝的蒸汽的热量。
冷负荷可以通过以下公式计算：冷负荷=冷凝流量×冷凝潜热2.冷凝器的换热面积：冷凝器的换热面积决定了热量的传递效率。
一般而言，换热面积越大，热量传递效率越高。
换热面积的计算方法与蒸发器类似。
3. 冷凝器的传热系数：传热系数是指单位面积上的热量传递速率。
冷凝器的传热系数一般由冷凝器的材料和工况条件决定。
常见的计算方法也是采用Nu数法和Kern法。
4.冷凝器的冷却水流量和温差：冷凝器通过冷却水来吸收蒸汽的热量。
冷却水的流量和温差会影响冷凝器的性能和效率。
一般而言，冷却水的流量越大，温差越小，冷凝器的工作效果越好。
综上所述，不同类型的蒸发器和冷凝器在计算时，需要考虑的参数有所差异。
冷凝器和蒸发器
B.压缩历程：压缩机工作后，在蒸发器中吸收热量后变为低温低压的气态制冷剂，经压缩机吸入压缩后，将制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，排入冷凝器。
B.冷凝历程：高温高压的气态制冷剂进入冷凝器后，在冷凝器风机的作用下，通过冷凝器散热装置向周围环境空气中散热，同时冷凝为高温高压液态制冷剂。
（3）压缩机要小型轻量化，如许可以节省汽车空间，安装位置方便，且节省质料和燃料的消耗。
（4）要能经受很坏运行条件的考验，有高度的靠得住性和耐久性。在怠速时，汽车发动机舱内温度有时候高达80℃冷凝压力高，就要求压缩机能蒙受高温及高压和有限的过载。汽车行驶在道路上总有颠簸振动，这也要求压缩机有良好的抗震性能，并把制冷剂的泄漏减小到最低程度。
3.2汽车空调压缩机的特殊要求：
汽车运行的动态特征与多变的外界环境对汽车空调压缩机的性能和结构提出了一些特殊要求，表现在：
（1）要有良好的低速性能，要求压缩机在汽车发动机低速和空载时有较大的制冷能力和较高的效率。
（2）汽车高速行驶时输入功率低，如许不仅节省油耗，而且能降低发动机用于空调方面的功率消耗，提高汽车自身的动力性能。
②分散式是指压缩机，冷凝器和蒸发器各自独立的总成。分散安装在汽车的适当部位。
（3）按蒸发器和冷凝器的安插方式分
①内置式
②顶置式
③混合置式
④背置式
第二章 汽车空调制冷原理
2.1概述：
当前汽车空调制冷系统普遍采用蒸汽压缩式制冷方式，即利用液体气化吸收热量来实现制冷。
（1）热、湿负荷大，在同样空间容积内配置的系统容量要大的多。
（2）车室的容积不大，空调装置的重量、安装尺寸和位置等均要受到整车的限制。
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折流板
板式蒸发器
优点：阻力小，结构紧凑、金属消耗量低、传热面积 可调等。
冰箱中的管板式换热器
干式蒸发器的特点
优点：充液量少、不需储液器或需小的储液器、 便于把蒸发器中的润滑油排回压缩机、冷量 损失小、可减少冻结的危险。 缺点：传热系数低。
二、再循环式蒸发器
定义：制冷剂液体需经几次循环才能完全汽化的蒸发器。 工作原理：
第七章
冷凝器和蒸发器
热能教研室
§7.1
冷凝器
1.作用： 2.分类：按冷却方式分为三种
一、空气冷却式冷凝器 二、水冷式冷凝器
壳管式 套管式 壳-盘管式 螺旋板式 沉浸式
三、蒸发式和喷淋式冷凝器
一、空气冷却式冷凝器
1.应用对象：常应用于冰箱、冷柜、小型空调器、冷场车、
汽车空调等一些小型制冷装置中。
2.优点：不需水，安装简单，可置于屋面；传热系数小，受
卧式壳管式冷凝器2
适用于：氨或者氟利昂制冷系统
套管式冷凝器
套管式冷凝器
特点：传热系数高，机组占地面积小，结构简单；金属耗量大， 清洗困难，水阻力大。
壳——盘管式
特点：结构简单、无法机械清洗、对水质要求严，需定期化学 清洗。
螺旋板式冷凝器
组成： 原理：
特点：体积小、重量轻、传热系数高、但不适于高压，内部不 易清洗和检修，对水质要求严。
按蒸发器的充满程度和蒸发情况，分为四种： ①干式（非满液式)蒸发器 ②再循环式蒸发器 ③满液式蒸发器 ④喷淋式蒸发器
一、干式蒸发器
1.定义：制冷剂液体在管内一次完全汽化的蒸发器。 2.工作过程：
3.适用对象：常用于冷库或蓄冷空调中。
4.分类：按其冷却对象的不同，可分为： U型管式 冷却液体型 直管式 板式蒸发器 光滑管式
环境温度影响大，恶化环境，除尘困难。
3.限制：仅用于氟利昂制冷机中。
4.分类：据空气的流动情况，可分为
自然对流冷却冷凝器和强制对流冷却冷凝器
自然对流冷却冷凝器
1.组成：紫铜管（无缝钢管）和镀铜的钢丝。 2.原理：
3.特点：无风机、节省了电耗，噪声小，传热系数低。
强制对流冷却冷凝器
1.组成：紫铜管（无缝钢管）Байду номын сангаас肋片和轴流风机。 2.原理：
特点：具有较高的换热系数、但体积大，需要的制冷剂量多， 运行费用高。
三、满液式蒸发器
工作原理：
特点：结构紧凑、传热效果好、易于安装、使用方便；但制冷 剂的充注量大，底部的蒸发温度稍高减少了传热温差，对于氟 利昂蒸发器，润滑油较难排出，制冷剂易发生冻结。
四、其它类型的蒸发器
四、其它类型的蒸发器
3.特点：电能消耗多，噪声大，传热系数高。
壳管式水冷冷凝器
组成： 原理：
特点：传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量 大，体型笨重。
适用于：大、中型氨制冷系统中。
氨立式壳管式水冷冷凝器
卧式
出液
进气
冷却水出 冷却水入
卧式壳管式冷凝器1
特点：传热系数高，耗水量小，占空间小；水质 要求高，清洗不易，留出拔管空间。
冷却空气型
肋片管式
U型管干式蒸发器
组成：壳体、管程、折流板、端盖、管板等
优点：管组可事先装配，可抽出清洗管外污垢，可消除 热应力，制冷剂分配均匀，传热效果好。 缺点：制造管组时需采用不同的模具，不能使用纵向内 肋管，管子损坏时不易更换。
直管干式蒸发器
组成：壳体、管程、折流板、端盖、管板等
为了提高传热系数，内管可采用光滑管或有纵向内肋片管， 一般不用外肋管。
蒸发式冷凝器
组成： 原理：
特点：省水，造价低，结构简单，水垢易清除，体积小
蒸发式冷凝器
压送式与吸入式的区别
蒸发式冷凝器
淋激式冷凝器
特点：结构简单、使用方便、水垢易清除、对水质的要 求低，但金属耗量打，占地面积大，传热系数低。
淋激式冷凝器
7.2
蒸发器
1.作用：制冷剂液体在蒸发器中汽化吸收被冷却介 质的热量，达到制冷的目的。 2.分类