Факторы, влияющие на интенсивность теплопередачи испарителя

Если коэффициент теплопередачи (17), площадь (А) или LMTD увеличиваются, интенсивность теплопередачи также растет. Следовательно, полный коэффициент теплопередачи испарителя должен быть как можно больше. Высокая интенсивность теплопередачи желательна, так как это увеличивает производительность холодильной системы. Для хорошего змеевика необходима меньшая разница температур, которая максимизирует давление при сокращении удельного объема пара хладагента. Следовательно, сопротивление должно быть как можно более экономичным. По этой причине в производстве испарителей используются металлы из-за высокой теплопроводности (к). Железо, сталь, латунь, медь и алюминий — наиболее обычные металлы. Железо и сталь не реагируют ни с одним из обычных хладагентов, но ржавеют, если в системе присутствует свободная влага. Латунь и медь используются с любым хладагентом, кроме аммиака, который разлагает медь и ее сплавы, если в системе присутствует вода. Алюминий используется с любым хладагентом, кроме метилхлорида. Магний и сплавы магния не используются с фторуглеводородами или с метилхлоридом.

Полный коэффициент теплопередачи испарителя состоит из трех компонентов: теплопроводности внешней пленки поверхности, материала трубы и внутренней пленки поверхности. Тепловая энергия должна пройти через все три слоя, прежде чем ее поглотит хладагент. Если теплопроводность любого слоя уменьшится, его тепловое сопротивление увеличится, в результате интенсивность теплопередачи понижается, а температура в охлаждаемом пространстве повышается. В любом теплообменнике образуется поверхностная пленка на внутренней и внешней поверхности труб и на внешней стороне всех вторичных поверхностей. Данная пленка с сопротивлением вызвана застойными слоями жидкости, которые образуются у поверхностей, сокращая теплопроводность между внутренней и внешней поверхностями змеевика.

Теплопроводность железа — 62 Вт/(м•К), стали — 47 Вт/(м•К), меди — 388 Вт/(м•К), латуни — 97 Вт/(м•К) и алюминия — 202 Вт/(м•К).

На основе данных значений у меди наименьшее сопротивление потоку теплоты - - 0,0026 (м-К)/Вт. У стали самое высокое термическое сопротивление — 0,0213 (м • К)/Вт. Для сравнения, теплопроводность поверхностной пленки неподвижного воздуха составляет приблизительно И Вт/(м • К), что эквивалентно сопротивлению 0,09 (м • К)/Вт.

Из трех слоев сопротивления металл, используемый для стенок испарителя, наименее существенно влияет на полный коэффициент теплопроводности. Сопротивление металла настолько мало, особенно у меди и алюминия, что оно обычно не принимается во внимание в анализе работы змеевика. Следовательно, полная теплопроводность испарителя (U) прежде всего зависит от внутренней и внешней поверхностной пленки. Сопротивление пленки изменяется в зависимости от скорости и состояния жидкости, наряду с чистотой теплопередающих поверхностей.

Теплопередача за счет проводимости больше у жидкостей, чем у газов, из-за более близкого расположения молекул. Следовательно, интенсивность с которой хладагент поглощает теплоту через стенки испарителя, растет при усиленном смачивании внутренних поверхностей. По данной причине затопленные испарители более эффективны, чем змеевиковые, так как они постоянно почти полностью заполнены жидкостью. Данный принцип также относится к внешним поверхностям испарителя. Если внешняя поверхность испарителя контактирует с жидкой или твердой средой, теплота передается за счет проводимости хладагенту интенсивнее, чем если бы с теплопередающими поверхностями контактировал воздух или другой газ.

Любое загрязнение внешних или внутренних поверхностей испарителя уменьшает его полную теплопроводность и интенсивность теплопередачи, так как это форма термической изоляции. Загрязнение — это образование отложений, грязи или слизи на теплопередающих поверхностях. Загрязнение внешних поверхностей испарителей при охлаждении воздуха обычно вызвано пылью, жиром и другими веществами. Данные загрязнители пристают к влажным поверхностям змеевика и образуют корку при высыхании испарителя, когда он выключен. При охлаждении жидкости загрязнение поверхности труб обычно происходит из-за слизи, отложении или коррозии. Загрязнение труб испарителя со стороны хладагента обычно вызвано чрезмерным количеством масла.

Скорость хладагента также влияет на производительность испарителя. Когда скорость хладагента уменьшается, пузыри пара, образующиеся при кипении хладагента, цепляются за стенки труб. В результате площадь смачиваемой поверхности и, следовательно, производительность испарителя, уменьшается. При более низкой скорости хладагента часть масла из компрессора скапливается на внутренних поверхностях труб. Данная пленка увеличивает термическое сопротивление. При увеличении скорости хладагент вычищает пузырьки пара и масло, увеличивая интенсивность теплопередачи. Таким образом, для данного размера трубы коэффициент теплопроводности внутренней пленки увеличивается (сопротивление уменьшается) при увеличении скорости хладагента. Так как скорость хладагента ограничена максимально допустимым снижением давления в змеевике, наступает такой момент, когда производительность больше не будет увеличиваться при увеличении скорости хладагента. Напротив, производительность начнет уменьшаться при увеличении удельного объема. Теплопроводность внешней поверхностной пленки также увеличивается при увеличении скорости жидкости. Но максимальная скорость ограничена.

Увеличение турбулентности потока внутри или снаружи испарителя так же влияет на интенсивность теплопередачи, как и увеличение скорости. Турбулентность хладагента можно усилить с помощью ребер в трубах. Данные ребра обычно выдавливаются в стенке трубы при протягивании трубы через форму, которая образует ребра. Турбулентность также увеличивается при увеличении разницы температур по разные стороны стенки трубы испарителя. Увеличить турбулентность снаружи труб можно, уменьшая интервал между трубами или увеличивая ребра.