Передача тепла из охлаждаемого
пространства к хладагенту в испарителе происходит двухступенчато: тепло из
охлаждаемого пространства поглощается металлом, из которого изготовлен
испаритель; тепло передается через металл и поглощается хладагентом в
испарителе.
Передача тепла от воздуха в охлаждаемом пространстве к
металлу, из которого изготовлен испаритель, зависит от нескольких факторов:
состояния открытой поверхности испарителя (блестящее или тусклое, шероховатое
или гладкое); разности температур между окружающим воздухом и поверхностью
испарителя; скорости движения потока воздуха, переносящего тепло, в
охлаждаемом пространстве; теплопроводности металла, из которого изготовлен
испаритель; толщины слоя инея на испарителе.
Разность температур между воздухом и поверхностью
испарителя— очень важный фактор. Если разность невелика, то интенсивность
передачи тепла будет низкой.
Скорость движения потока воздуха, переносящего тепло в
охлаждаемом пространстве, зависит от Конструкции испарителя. Когда воздух,
находящийся в контакте с испарителем, охлаждается, он замещается теплым
воздухом. Если циркуляция воздуха чем-либо ограничивается, тепло к охладителю
будет передаваться не полностью и температура не будет поддерживаться на
требуемом уровне. Если воздух циркулирует свободно, количество тепла,
передаваемое от воздуха, увеличится в 4—6 раз по сравнению с передачей тепла
от неподвижного воздуха. В большинстве .установок обеспечивается
принудительный обдув поверхности испарителя, в результате чего холодопроизво-
дительность его увеличивается более чем в 20 раз по сравнению с
холодопроизводительностью испарителя с естественной конвекцией.
Передача тепла от поверхности испарителя к хладагенту
является важнейшим фактором, так как именно хладагент поглощает тепло.
Интенсивность теплопередачи от поверхности испарителя к хладагенту зависит от
следующих факторов: площади поверхности испарителя; разности температур между
охлаждаемой средой и кипящим хладагентом; скорости движения потока хладагента
в трубах испарителя (при нормальных условиях— чем больше скорость, тем выше
интенсивность теплопередачи) ; отношения площади основной поверхности к
площади дополнительной; состояния хладагента (испаритель с выходом сухого
насыщенного пара или затопленный испаритель); отсутствия масляной пленки;
интенсивности отвода парообразного хладагента; охлаждаемой среды (тепловой
поток от жидкости к испарителю почти в пять раз интенсивнее, чем от воздуха к
испарителю); температуры точки росы воздуха на входе (если температура в
испарителе ниже температуры точки росы воздуха на входе, происходит отвод
скрытого и сухого тепла).
Холодопроизводительность испарителя пропорциональна
площади его поверхности. Если площадь поверхности небольшая,
производительность будет низкой. Поэтому змеевик испарителя оребряют.
Отношение основной поверхности к дополнительной — это
отношение площади поверхности труб к площади поверхности ребер испарителя.
Испарители изготовляют для различных целей и поэтому необходимо рассчитывать
площадь поверхности испарителя для данной установки.
Если холодильный агрегат работает ненормально и отсасывает
пара хладагента меньше, чем его образуется в испарителе, то давление в нем
повысится и процесс кипения замедлится. При повышении давления увеличивается
температура кипения хладагента и соответственно повышается температура в
испарителе. Разность между температурой циркулирующего воздуха и температурой
в испарителе уменьшится. В результате значительно снизится интенсивность
охлаждения. В домашнем холодильнике температура кипения хладагента обычно
равна примерно — 15 °С.'Если мы примем среднюю температуру в холодильнике
равной 7 °С, то разность между температурой в охлаждаемом пространстве и
температурой хладагента в испарителе составит 22 °С.
Теплопроводность испарителя
Металлы характеризуются высокой теплопроводностью. В связи
с этим в качестве проводников тепла используют металлы, а неметаллы (асбест,
пробку и стекло)—в качестве изоляции, так как они плохо проводят тепло. Способность
проводить тепло выражается коэффициентом теплопроводности, который равен
количеству тепла, проходящему через единицу поверхности материала в единицу
времени при температурном градиенте 1 °С. Этот коэффициент обозначается
символом Я.
Медь характеризуется значительно более высоким
коэффициентом теплопроводности по сравнению с другими металлами. Сталь имеет
значительно более низкую теплопроводность, чем медь. Однако в испарителях
можно использовать сталь, так как толщина элементов испарителя относительно
небольшая. Максимальный тепловой поток обеспечивается при использовании меди,
но из-за сопротивления окисной пленки на поверхности металла теплопередача
медного испарителя только на 10—20 % выше, чем стального.
В холодильной технике и в системах кондиционирования
воздуха в качестве изоляционных материалов используют многие неметаллы,
например асбест, пробку и минеральную вату. Это обусловлено их низким
коэффициентом теплопроводности.
Интенсивность передачи тепла
В затопленном испарителе интенсивность передачи тепла
приблизительно на 50 % выше, чем в сухом испарителе. В сухом испарителе
хладагент находится в виде тумана (в парообразном состоянии), и поэтому нет
такого контакта с трубами, как у жидкого агента в затопленном испарителе.
Затопленный испаритель с естественной циркуляцией воздуха имеет коэффициент
теплопередачи 17 Вт/(м2-°С), а сухой испаритель 8,5—11,4 Вт/(м2«°С).
|