板式冷凝器

板式冷凝器模型

板式冷凝器是由传热板片、密封垫片等组合，形成供介质流通的通道，两种不同的介质在相邻的通道里逆向流动完成换热的。其简单的流程示意图如图3-1。

冷却水制冷剂图3-1板式冷凝器制冷剂与水的流动示意图

将冷凝器分为过热区、两相区、过冷区三个区，分段计算各区的换热系数、换热量及换热面积。板式冷凝器的制冷剂侧和冷却水侧的温度变化图如3-2。为简化模型，假设：

1. 板间内的流体流动为一维均相流，不考虑压降；

2. 各流道内流体流速及传热系数为定制；

3. 只考虑径向导热，忽略其他方向的导热；忽略板壁热阻；

4. 物性计算时，两相区干度就按0.5的工质进行替代计算。

过冷区两相区TcTr,oTw,iTw,1过热区TcTr,iTw,oTw,2

Tw,outTr,inHr,inPc,inXin过热区两相区制冷剂R22水Tr,outhr,out过冷区Tw,in

图3-2 板式冷凝器换热过程

1. 制冷剂侧模型：

1）过热区：

QshMr(hr,ihsat,z)KshFshtsh （1）

式中，Qsh是过热区的换热量，Mr为制冷剂的质量流量，hr,i为冷凝器进口处的焓值，即过热度处的焓值，hsat,z为过热区另一端的焓值，即相变点的焓值，也等于饱和压力下制冷剂的焓值。Ksh为过热区总的换热系数，Fsh为过热区的换热面积，tsh为过热区制冷剂和

冷却水的对数平均温差[51]。

(Tr,iTw,o)(TsatTw,2)ln[(Tr,iTw,o)/(TsatTw,2)]

tsh过热区总的换热系数:

11Ksh1/(shw （2）

)其中sh是过热区制冷剂侧的换热系数，w是过热区水侧的换热系数。

冷凝器中过热区对流换热系数采用下式计算：

Nu0.023Re0.8Pr0.4 （3）

Nushd/rdl （4）

ReVrd/udnd （5）

kg/(m2•s)，Vr为板间流体的质量流速，rdl制冷剂的热导率，udnd为制冷剂的动力粘度。

d是当量直径，d2b，b为板间距，本实验台b=0.0038m

2）两相区：

QtpMrKtpFtpttp （6）

为两相区气化潜热，J/Kg ，Ktp为两相区总的换热系数，Ftp为两相区的换热面积，

ttp为两相区制冷剂与冷却水的对数平均温差。

ttp(TsatTw,1)(TsatTw,2)ln[(TsatTw,1)/(TsatTw,2)] （7）

冷凝器中两相区对流换热系数采用下式计算：

Rel0.864l)Prl0.33()0.055Hg （8）

Nu0.0413(RelVr(1X0)dudnd （9）

HCpT/' （10）

'(10.68CpT/) （11）

其中X0为制冷剂的干度，这里去X0=0.5。Cp为制冷剂的比热。l、g分别为进出口制

3Kg/m冷剂蒸气的密度，。T为两相区进出口水的温差。

3）过冷区：

QshMr(hsat,lhr,o)KstFsttst （12）

其中过冷区制冷剂与冷却水的对数平均换热温差为：

tst(TsatTw,1)(Tr,oTw,i)ln[(TsatTw,1)/(Tr,oTw,i)] （13）

冷凝器中过冷区对流换热系数采用下式计算：

Nu0.036Re0.668Pr0.33 （14）

其中，冷却水出口温度Tw,o和分相点温度Tw,1、Tw,2根据热平衡计算如下：

Tw,o = Tw,i + Qsh / MwCp,w （15）

Tw,1 = Tw,o +Qtp / MwCp,w （16）

Tw,2 = Tw,1 +Qst / MwCp,w （17）

2. 冷却水侧模型（水侧无相变）：

QwMwCp,w(Tw,oTw,i) （18）

0.33Nuw0.2121Re0.78wPrw （19）

wNuwrdld （20）

其中Q为水侧的换热量，Mw为冷却水的质量流量，Cp,w为水的比热容，Cp,w=4.178

wKJ/(Kg•K)，w为水侧的换热系数，rdl为水的热导率。

算法简述：

1).假定制冷剂出口焓值。冷凝温度及冷却水进水温度对应的饱和液态制冷剂焓值，取其平均值作为假定制冷剂出冷凝器的焓值。

2).根据假定的制冷剂出口焓值，确定过热、两相和过冷各相区的制冷剂和空气进出口状态，并计算各相区每个换热面积，相加后得到冷凝器的计算总换热面积。

3).比较计算面积与真实面积，如果误差在收敛精度内，则转4)，否则：如果计算面积大于真实面积，则假定焓值过小；反之，假定焓值过大；重新计算。

4).输出结果，结束。

附：冷凝器程序说明

Public Mwc As Single '''冷却水流量

Public twci As Single '''冷却水进口温度

Public twco, twco2, twco3 As Single '''冷却水出口温度

Public han3 As Single '''冷凝器出口，节流阀进口焓值

Public tr3 As Single, Htr21, Hr31 As Single

Public Qc3, Qc4, Qc5, Qc6, Qc, Qc7 As Single

Public kw2, kw3 As Single

Public twall2, twall3 As Single

Public Const cp = 4.18