制冷剂、传热学基础知识及在空调中的应用

本文主要是介绍制冷剂、传热学基础知识及在空调中的应用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

制冷剂基础知识
一、常用制冷剂的一般要求
选作制冷剂的物质一般应满足下列要求：1 具有优良的热力学特性；2 具有优良的热物理性能（较低的粘度，高的导热系数，大的气化潜热）；3 具有良好的化学稳定性；4 与润滑油有良好的兼容性；5 无毒性，不可燃、不可爆，无腐蚀性；6 有良好的电器绝缘性；7 经济性
二、常用制冷剂的分类
几种分类方法：1 无机化合物和有机化合物；2 单一工质和混合工质；3 NRSC按照安全性分为三类；4 NBFU按照毒性分为六类；5 按常压下的沸点分为高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂
三、制冷剂编号（ASHRAE）
1 对于卤代烃类物质：R XXXX
其中：1：C-1；2：H+1；3：F；4：a,b,c…以区分同分异构体
例如： R12, R22, R125, R134a, R290
CFC（氯氟烃），HCFC（氢氯氟烃）, HC（碳氢）, HFC（氢氟烃）, FC（氟烃）
2 对于非共沸混合工质：R4XXX
R407C: R32/R125/R134a 23/25/52wt% 7.1K
R410A: R32/R125 50/50wt% 0.04K
R417A: R125/R134a/R600 46.5/50/3.5wt% 5.1K
3 共沸混合工质：R5XX
R500: R12/R152a 73.8/26.2wt%
R502: R22/R115 48.8/51.2wt%
R503: R23/R13 40.1/59.9wt%
4 无机化合物制冷剂：R7XXX
R717：NH3 ， R718：H2O，R729：air，R744：CO2，R744a：N2O
四、制冷剂的替代
制冷剂对环境的影响：1 对臭氧层的破坏；2 温室效应(直接温室效应，间接温室效应)。
R12的替代工质：R134a，R290，R600a，R22/R152a
R22的替代工质：R407C, R410A, R417A, CO2
R407C特性：1与R22相比，循环特性比较接近；2 单位容积制冷量、蒸发压力、冷凝压力、排气温度等综合的热力学性能与R22接近；3 换热系数比R22低10%左右；4 压缩机润滑油需采用聚酯油（Polyol Ester Oil）；5 冷媒充灌量适当减小，毛细管适当加长；6 换热器中管子排列如能使两种传热介质改为逆流，则能充分发挥非共沸工质在蒸发器或冷凝器中具有温度滑移的优势，可以降低传热温差提高系统的经济性；7 向系统充注时必须采用液相充注；8 系统中的工质少量泄漏及再补充后，系统中工质的成分略有变化，但对系统性能的影响较小。
R410A特性：1总体来讲，热物理性能比R22优越；2 冷凝压力比R22高约50%；3 单位容积制冷量比R22增加约50%；4，在相同的测试条件下，冷凝换热系数高于R22约2-6%，压力损失低约20-40%；5 蒸发换热系数比R22高约20-30%；6 使用R410A的系统比R22的系统更加紧凑。
五、制冷剂的罐装
R12 白色 R22 绿色 R134a 天蓝色
R407C 中棕色 R410A 玫瑰红

第二部分：传热学基础知识及在空调中的应用
一、传热的三种基本方式
1、导热：物体个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。
在这里插入图片描述

2、对流：流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。
根据引起流动的原因而论，可分为自然对流和强制对流换热。
自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动换热。
强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换热。
在这里插入图片描述

3、热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和方式。
在这里插入图片描述

二、传热过程和传热量
传热过程是指热量由高温物体传递到低温物体的过程，它可以是导热、对流换热合热辐射中的一种或混合。
在这里插入图片描述

其中：Q：传递的热量 [W] ；F：传热面积[m2]；K：传热系数 [W/m2C]；
t1 ：高温物体的温度[C]；t2 ：低温物体的温度[C]
三、传热强化的方法
通常可供选择的强化换热的手段：1 采用扩展表面以增大换热面积；2 增大冷热物体间的温差；3 采用高导热系数的材料；4 提高流体流速以减低层流底层；5 增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层；6 采用机械震动，声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场等。
四、发生在空调系统中的主要传热过程
1 冷凝器中的传热过程：高温制冷剂向大气散热
1）制冷剂——>铜管内壁：对流换热
2）铜管内壁——>铜管外壁及翅片：导热
3）铜管外壁及翅片——>大气：对流换热
高温制冷剂以过热蒸气状态进入冷凝器，在管内发生降温及冷凝过程，从冷凝器入口到第一个液滴产生前，是一个温度不断降低的过程；从第一个液滴产生到最后一个气泡消失，是一个温度不变的过程（假定冷凝过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断上升，含气量不断下降；从最后一个气泡消失到冷凝器出口，是一个降温过程。
2 蒸发器中的传热过程：低温制冷剂从大气吸热
1）大气——>铜管外壁及翅片：对流换热
2）铜管外壁及翅片——>铜管内壁：导热
3）铜管内壁——>制冷剂：对流换热
低温制冷剂以气液混合状态进入蒸发器，在管内发生蒸发及升温过程，从蒸发器入口到最后一个液滴消失前，是一个温度不变的过程（假定蒸发过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断下降，含气量不断上升；从最后一个液滴消失到蒸发器出口，是一个升温过程。
3 其他的传热过程
压缩机及配管等与环境的换热
五、空调用换热器中的强化传热技术
管内：内螺纹管及其他强化管
内螺纹管与光滑管相比有以下特点：1 改善了制冷剂的流动方式，可提高表面换热系数80-180%；2 管内压力损失与光滑管差不多；3 翅片管换热器的加工与制造方法基本上与光滑管相同.
xx公司实验结果（R22, 200kg/m2s）
光管内螺纹管1 内螺纹管2 内螺纹管3
外径mm 9.52 9.52 9.52 9.52
平均壁厚mm 0.30 0.35 0.37 0.36
槽底壁厚mm 0.30 0.30 0.30
槽深mm 0.12 0.15 0.20
槽数 60 65 60
螺旋角 7 25 18
槽型 A B C
内表面积增大率
1.0 1.34 1.28 1.51
冷凝表面换热系数比
1.0 1.55 2.0 2.4
蒸发表面换热系数比
1.0 1.75 2.0 2.5
冷凝压力损失比
1.0 1.03 1.03 1.05
蒸发压力损失比
1.0 1.03 1.03 1.05
管外强化——翅片形式：平片，波纹片，条形片，百叶窗片
不同翅片形式与管型的组合结果
光滑管内螺纹管
传热系数（A）传热系数比传热系数（B）传热系数比 B/A
平片 30 1.00 33 1.00 1.10
波纹片 32 1.07 36 1.20 1.125
条形片 36 1.20 42 1.40 1.167
百叶窗片 42 1.40 51 1.70 1.214
实验条件：R22管内蒸发，迎风风速1.0m/s