會(huì)影響制冷劑液體沸騰換熱的因素有哪些

在蒸發(fā)器中，被冷卻介質(zhì)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(fā)器中發(fā)生的物態(tài)變化，實(shí)際上是沸騰過程，習(xí)慣上稱其為蒸發(fā)。

制冷裝置蒸發(fā)器內(nèi)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(shí)在傳熱表面產(chǎn)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(xù)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的氣泡。

那么，影響制冷劑液體沸騰換熱的因素有哪些呢？

下面我們就來一一分析。其實(shí)沸騰換熱系數(shù)與氣泡的大小、氣泡的速度等因素有關(guān)。

一：制冷劑液體物理性質(zhì)的影響

制冷劑液體的熱導(dǎo)率、密度、粘度和表面張力等有關(guān)物理性質(zhì)，對(duì)沸騰換熱系數(shù)有直接的影響。
熱導(dǎo)率較大的制冷劑，在傳熱方向的熱阻就小，其沸騰換熱系數(shù)就大。
蒸發(fā)器在正常工作條件下，蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑與傳熱壁面的溫差，一般僅有2 ~ 5℃，其對(duì)流換熱的強(qiáng)烈程度，取決于制冷劑液體在汽化過程中的對(duì)流運(yùn)動(dòng)程度。
沸騰過程中，氣泡在液體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，使液體受到擾動(dòng)，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(dòng)就較強(qiáng)，其對(duì)流換熱系數(shù)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(shí)間就越長，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣泡就少，換熱系數(shù)也就小。
氟利昂的熱導(dǎo)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(shù)比氨的小。 

二：制冷劑液體潤濕能力的影響

如果制冷劑液體對(duì)傳熱表面的潤濕能力強(qiáng)，則沸騰過程中生成的氣泡具有細(xì)小的根部，能夠迅速地脫離傳熱表面，換熱系數(shù)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(shù)目，甚至沿傳熱表面形成氣膜，使換熱系數(shù)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(qiáng)得多。 

三：制冷劑沸騰溫度的影響

制冷劑液體沸騰過程中，蒸發(fā)器傳熱壁面上單位時(shí)間生成的氣泡數(shù)目越多，則沸騰換熱系數(shù)越大。單位時(shí)間內(nèi)生成的氣泡數(shù)目，與氣泡生成到離開傳熱壁面的時(shí)間長短有關(guān)，這個(gè)時(shí)間越短，則單位時(shí)間內(nèi)生成氣泡數(shù)目越多。此外，如果氣泡離開壁面時(shí)的直徑越小，則氣泡從生成到離開的時(shí)間將越短。
氣泡離開壁面時(shí)，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(shí)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(shí)的直徑就大。密度差的大小與沸騰溫度有關(guān)，沸騰溫度越高，飽和溫度下的密度差越小，汽化過程就會(huì)更迅速，換熱系數(shù)就更大。上面說明了在同一個(gè)蒸發(fā)器中，使用同一種制冷劑時(shí)，其換熱系數(shù)隨著沸騰溫度的升高而增大。

四：蒸發(fā)器構(gòu)造的影響

液體沸騰過程中，氣泡只能在傳熱表面上產(chǎn)生，蒸發(fā)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(shù)的大小與蒸發(fā)器的構(gòu)造有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，肋片管上的沸騰換熱系數(shù)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(fù)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(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，肋片管束的沸騰換熱系數(shù)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(shù)比光管管束大70%，而R22的大90%。

根據(jù)以上分析，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)將液體制冷劑節(jié)流后產(chǎn)生的蒸氣，在進(jìn)入蒸發(fā)器前就從液體中分離出來，而且在操作管理中，蒸發(fā)器應(yīng)該保持合理的制冷劑液體流量。
此外，制冷劑中含油，對(duì)沸騰換熱系數(shù)也有一定影響，而且其影響程度與含油濃度有關(guān)。
一般說，當(dāng)制冷劑含油濃度不大于6%時(shí)，可不考慮這項(xiàng)影響，含油量更大時(shí)，會(huì)使沸騰換熱系數(shù)降低。