蒸发式冷凝器概述

蒸发式冷凝器是将冷却塔与冷凝器合二为一，利用水的蒸发潜热实现冷凝、冷却的冷换设备，在国内外都得到了广泛的研究与应用。蒸发式冷凝器一般采用蛇形盘管，管内为制冷剂，管外为水流的薄膜和空气，汽液界面处同时还存在有传质过程。大量研究结果表明，管外液膜及其汽液界面为过程控制热阻之一，因此薄液膜的流动形态、更新速率及分布情况均将对整个传热性能起着至关重要的作用。

从研究进展上可以看出，蒸发式冷却、冷凝器理论体系已趋于成熟，但大部分 文献报道都是从设备尺度出发对其进行性能分析研究的，而对其管外水分布及内部的微结构机理的研究还不够充分。蒸发式冷凝器盘管表面为薄层水膜所覆盖，水膜外流动着空气，包括了多相传质换热、对流换热和冷凝换热三部分。水膜蒸发为非饱和蒸发，换热机理十分复 杂。其整个传热过程为：管内工质将热量传给水膜，水膜通过显热和潜热传给空气，空气又 将热量排出。这个传热过程是多层次，逐步传递的过程，其中较小热通量的传递就是传热的 真正速率。研究表明，蒸发式冷凝器的控制热阻为管外水膜和汽液界面。管外水膜为薄液 膜，它与逆向流动的空气间的传热传质机理十分复杂，是整个传热过程的控制阶段，因而水 膜的流动形态、分布及更新速率将对整个冷凝器的传热性能产生重要影响。因此，有必要对蒸发式冷凝器管外水膜进行研究，以此来改进蒸发式冷却、冷凝器的性能。

华南理工大学强化传热与过程节能教育部重点实验室朱冬生教授及其课题组，在对蒸发式冷却、冷凝器提出了从管型、管表面处理两方面开展研究，该技术已在广州拜迪生物制药研究中心应用。

管型对蒸发式冷凝器的影响主要表现在换热面积、水膜流动形态及水膜分布等。蒸发式冷凝器中增大空气流和循环冷却水的热质交换面积，可以强化传热效果，而蒸发式冷凝器热质交换面为空气和水膜。水膜与管外壁的接触面积，由于水珠飞溅和水膜的波动，致使空气 与水膜的接触面积是与盘管的外表面积不同的，但它们之间的比例数基本不变。可见，蒸发 式冷凝器的管外热质交换面在满足一定喷淋水量的情况下，主要与盘管结构和形状有关。水膜在水平管束间由上而下流动时，在不同的流量下会出现不同的流动形态，如前章所述有滴状流、柱状流和片状流。不同流动形态造成空气和水膜间的热质交换面积大小又有所不同。片状流>柱状流>滴状流。热质交换面越大其传热传质特性也越好。另外，水膜在盘管表面 的分布及湍动程度也十分重要。传统的盘管多为单面浸湿，不能充分利用换热表面，而且其湍动程度也不够。