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4 factores que afectan la transferencia de calor en ebullición del líquido refrigerante

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4 factores que afectan la transferencia de calor en ebullición del líquido refrigerante

2021/8/10
cuatro factores que afectan la transferencia de calor de ebullición del líquido refrigerante

En el evaporador, el calor del medio refrigerante se transfiere al refrigerante a través de la pared de transferencia de calor, de modo que el refrigerante líquido absorbe calor y se vaporiza. El cambio de estado del refrigerante en el evaporador es en realidad un proceso de ebullición, que habitualmente se denomina evaporación. Aquí hay principalmente cuatro factores que afectan la transferencia de calor de ebullición del líquido refrigerante.

1. Influencia de las propiedades físicas del líquido refrigerante

Las propiedades físicas relevantes, como la conductividad térmica, la densidad, la viscosidad y la tensión superficial del líquido refrigerante, tienen un efecto directo sobre el coeficiente de transferencia de calor de ebullición.

Un refrigerante con una conductividad térmica mayor tiene una resistencia térmica menor en la dirección de transferencia de calor y un coeficiente de transferencia de calor de ebullición mayor.

Bajo condiciones de trabajo normales del evaporador, la diferencia de temperatura entre el refrigerante en el evaporador y la pared de transferencia de calor es generalmente de solo 2~5℃.

La intensidad de la transferencia de calor por convección depende del movimiento convectivo del líquido refrigerante durante el proceso de vaporización. Durante el proceso de ebullición, el movimiento de las burbujas en el líquido hace que el líquido se altere, lo que aumenta la posibilidad de contacto entre varias partes del líquido y la pared de transferencia de calor, lo que facilita que el líquido absorba el calor de la transferencia de calor. pared y el proceso de ebullición es más rápido.

El líquido refrigerante con menor densidad y viscosidad será más fuerte por esta perturbación, y su coeficiente de transferencia de calor por convección será mayor.

Cuanto mayor sea la densidad y la tensión superficial del líquido refrigerante, mayor será el diámetro de las burbujas durante el proceso de vaporización, mayor será el tiempo que tardan las burbujas en salir de la pared de transferencia de calor, menos burbujas se producen por unidad de tiempo y menor es el Coeficiente de transferencia de calor.

En términos generales, la conductividad térmica del freón es menor que la del amoníaco, y su densidad, viscosidad y tensión superficial son mayores que las del amoníaco, por lo que su coeficiente de transferencia de calor en ebullición es menor que el del amoníaco.

2. Influencia de la capacidad humectante del líquido refrigerante

Si el líquido refrigerante tiene una fuerte capacidad humectante en la superficie de transferencia de calor, las burbujas generadas durante el proceso de ebullición tienen raíces finas que se pueden separar rápidamente de la superficie de transferencia de calor y el coeficiente de transferencia de calor será mayor.

Por el contrario, si el líquido refrigerante no puede mojar bien la superficie de transferencia de calor, las raíces de las burbujas formadas serán muy grandes, reduciendo el número de núcleos de vaporización, e incluso formando una película de gas a lo largo de la superficie de transferencia de calor, lo que reduce significativamente la Coeficiente de transferencia de calor.

Varios refrigerantes de uso común son todos líquidos humectantes, pero la capacidad humectante del amoníaco es mucho más fuerte que la del freón.

3. La influencia de la temperatura de ebullición del refrigerante

Durante la ebullición del líquido refrigerante, cuantas más burbujas se generen por unidad de tiempo en la pared de transferencia de calor del evaporador, mayor será el coeficiente de transferencia de calor de ebullición.

El número de burbujas generadas en una unidad de tiempo está relacionado con el tiempo que se generan las burbujas para salir de la pared de transferencia de calor. Cuanto más corto es el tiempo, más burbujas se generan en la unidad de tiempo. Además, si el diámetro de la burbuja cuando sale de la superficie de la pared es menor, el tiempo desde la generación hasta la salida de la burbuja será más corto.

Cuando la burbuja sale de la pared, su diámetro está determinado por el equilibrio de la flotabilidad de la burbuja y la tensión superficial del líquido. La flotabilidad obliga a las burbujas a salir de la pared, mientras que la tensión superficial del líquido evita que las burbujas salgan. La flotabilidad de la burbuja y la tensión superficial del líquido también se ven afectadas por la diferencia de densidad (la diferencia de densidad entre el líquido y el vapor) a la temperatura de saturación. La flotabilidad de la burbuja es proporcional a la diferencia de densidad. La tensión superficial del líquido es proporcional a la cuarta potencia de la diferencia de densidad.

Por lo tanto, a medida que aumenta la diferencia de densidad, la tasa de aumento de la tensión superficial del líquido es mucho mayor que la tasa de aumento de la flotabilidad de la burbuja. En este momento, la burbuja solo puede confiar en la expansión del volumen para mantener el equilibrio, por lo que el diámetro de la burbuja cuando sale de la pared es grande.

El tamaño de la diferencia de densidad está relacionado con la temperatura de ebullición. Cuanto mayor sea la temperatura de ebullición, menor será la diferencia de densidad a la temperatura de saturación, más rápido será el proceso de vaporización y mayor será el coeficiente de transferencia de calor.

Se explicó anteriormente que cuando se usa el mismo refrigerante en el mismo evaporador, el coeficiente de transferencia de calor aumenta con el aumento de la temperatura de ebullición.

4. Influencia de la estructura del evaporador

Durante el proceso de ebullición del líquido, solo se pueden generar burbujas en la superficie de transferencia de calor, y la superficie de transferencia de calor efectiva del evaporador es la parte en contacto con el líquido refrigerante. Por lo tanto, el tamaño del coeficiente de transferencia de calor de ebullición está relacionado con la estructura del evaporador.

Los resultados experimentales muestran que el coeficiente de transferencia de calor de ebullición del tubo con aletas es mayor que el del tubo liso, y el del haz de tubos es mayor que el de un solo tubo. Esto se debe a que después de agregar aletas, bajo las mismas condiciones de temperatura de saturación y carga de calor por unidad de área, las condiciones de generación y crecimiento de burbujas, los tubos con aletas son más ventajosos que los tubos lisos.

A medida que aumenta el número de núcleos vaporizados y disminuye la tasa de crecimiento de burbujas, las burbujas se separan fácilmente de la pared de transferencia de calor. Los resultados experimentales también muestran que el coeficiente de transferencia de calor en ebullición del haz de tubos con aletas es mayor que el del haz de tubos lisos.

De acuerdo con cierta información, a la misma temperatura de saturación, el coeficiente de transferencia de calor en ebullición de Rl2 en el haz de tubos con aletas es un 70 % mayor que el del haz de tubos lisos, y R22 es un 90 % mayor.

De acuerdo con el análisis anterior, la estructura del evaporador debe garantizar que el vapor refrigerante pueda abandonar rápidamente la superficie de transferencia de calor. Para usar efectivamente la superficie de transferencia de calor, el vapor generado después de que el refrigerante líquido se estrangula debe separarse del líquido antes de ingresar al evaporador, y en la gestión de la operación, el evaporador debe mantener un caudal de líquido refrigerante razonable.

Además, el aceite contenido en el refrigerante también tiene cierta influencia en el coeficiente de transferencia de calor de ebullición, y su grado de influencia está relacionado con la concentración de aceite. En términos generales, cuando el contenido de aceite refrigerante no supera el 6%, este efecto puede ignorarse. Cuando el contenido de aceite es mayor, el coeficiente de transferencia de calor en ebullición se reducirá.

Podemos cambiar el efecto del intercambio de calor de ebullición del líquido refrigerante controlando razonablemente algunos de los factores anteriores para que el sistema de refrigeración pueda ejercer más efectos de refrigeración. Si desea saber más acerca de los refrigerantes después de leer lo anterior, puede obtener una solución integral poniéndose en contacto con nosotros.

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