換熱器中制冷劑阻力損失對制冷系統(tǒng)的影響分析

最近在設計某款熱泵的蒸發(fā)器和冷凝器，在換熱器模擬計算的結果中遇到一個參數叫制冷劑壓力損失，這個值和換熱器的流路布置、換熱器的管子直徑、管長、制冷劑質量流量都有關系。我們知道這個壓力損失肯定是越小越好，但是多大算大，多小算小呢？是否有什么設計依據？我以前做設計時，總是把它控制很小，但從來沒有對它多做研究，近來因為疫情影響，時間充足了些，對它有了一些興趣，索性研究一下，看能否有些收獲。

先說一下換熱器中制冷劑阻力損失理論上對系統(tǒng)產生的影響。

舉例：蒸發(fā)溫度7℃，冷凝溫度54℃，假設吸氣管、排氣管、蒸發(fā)器、冷凝器都有壓力損失，為了壓焓圖上各狀態(tài)點顯示明顯，壓損假設的大一點，見下圖：

1-壓縮機吸氣口、2-壓縮機排氣口、3-冷凝器進氣口、4-冷凝器出口、5-膨脹閥出口、6-蒸發(fā)器出口

圖上3點和6點處的壓力為設計冷凝溫度、蒸發(fā)溫度對應的壓力點。

從圖上可以看出來吸氣管路和排氣管路的壓力損失使壓縮機壓縮比加大了，壓縮機功耗增加、排氣溫度升高，系統(tǒng)能效降低。不過吸氣管路、排氣管路一般較短、阻力一般損失較少，本文不著重研究。

下圖是忽略吸排氣管道壓損，換熱器有壓損和無壓損的壓焓圖。圖上我們假設壓縮機吸排氣口狀態(tài)一樣。

從圖上可以看到有壓損的壓焓圖4點壓力略低，5點壓力略高。冷凝器出口4點的焓值比4’點要小，理論上認為4點的過冷度更大，制冷量增加。出現這種情況是我畫壓焓圖時假設了過冷度5度。實際上如果沒有過冷度，冷凝器在有壓損時，冷凝壓力降低，對應的飽和溫度也需要降低，那么必然會有部分液態(tài)制冷劑閃發(fā)成氣態(tài)，對其余液態(tài)制冷劑進行降溫。制冷劑液體中含有的氣體越多，經膨脹閥節(jié)流后氣體占比也越大，即干度越大，制冷量將減少。所以冷凝器側有壓損的情況下必須增大過冷度，保證進膨脹閥前的制冷劑全是液態(tài)。

假設我們讓上圖4點和4’點焓值相等，那么4點的溫度是低于4’點的。它使冷凝器的對數傳熱溫差變小，換熱量不變的情況下，必然要增大冷凝器換熱面積。下面2圖為對數溫差計算比較，結果顯而易見。

對蒸發(fā)器而言，假設蒸發(fā)器出口的狀態(tài)不變，為了克服蒸發(fā)器中的流動阻力，必須提高制冷劑進入蒸發(fā)器的壓力．即提高蒸發(fā)器的起始蒸發(fā)溫度（點5）。在這種情況下，制冷劑的節(jié)流前后的比焓不變，壓縮機的吸排氣狀態(tài)不變，故對制冷系統(tǒng)的性能沒有影響。但它使蒸發(fā)器的對數傳熱溫差減小，制冷量不變的情況下，蒸發(fā)器的換熱面積也要增大。

綜上所述，我們發(fā)現減少換熱器阻力損失，達到設計換熱量的情況下，可以節(jié)省換熱面積，換而言之，換熱器面積不變的情況下，減少制冷劑阻力損失可以提高換熱量。

不過經過本人的經驗發(fā)現，同一個換熱器分10個支路不一定比5個支路的換熱量大，支路越多，制冷劑阻力損失越小，按上述理論應該換熱量大才對呀？對此矛盾之處，個人認為支路數量不同，制冷劑在管路中流動速度不一樣，支路少，流速快換熱效果更好一些；支路多，流程短，制冷劑換熱不充分，所以造成支路少的換熱量大。

所以，如果增加一個條件：相同換熱面積的換熱器，支路相同的條件下，阻力越小換熱量越大的結論就合理了。

相同支路，相同面積如何降低換熱器阻力，我給出2個辦法：1.增加管長，減少管根數和彎頭；2.改用大直徑管路。

那么換熱器應該控制阻力損失多少合理呢？目前網上查到的資料是：蒸發(fā)器不要超過蒸發(fā)壓力的5%，冷凝器不要超過冷凝壓力的2%，（我推薦控制溫度降低在2℃以內）否則會引起機組效率的降低。

轉載百度百科：熱泵烘干師