探究蒸发式冷凝器填料层的强化传热

空气与水膜在温差和浓度差的共同作用下进行热质交换时，其气一水界面与管外表面的 交换面积比率为f_w。w．Zalewski等人通过对管间流态的分析，给出了f_w的计算公式：
f_w=1+（2-ξ）s₂-d₀B*
             πd₀
 

式中ξ ——参数，取决于管间结构参数；

B*——无因次系数。
 

对顺排管束，ξ的取值为1.0；对叉排管束，ξ取决于水平横向管心距s₁和垂直纵向管心距s₂，其计算公式为：
ξ=2s₂/(2s₂+s₁)

B*受垂直相邻管间水流形成的流动状态的影响，空气和水膜间热质交换面的大小也有 所不同，即片状流>柱状流>滴状流。当流动状态为片状流时，B*达到较大值为2 。

强化蒸发式冷却或冷凝器传热，就是强化水一气界面的传热传质，通常可通过提高气一 水界而交换面积比率来实现，如增加额外的气一水界面交换面积如填料，另一方面也可通过 改变管型或改变管子表面性质来达到。

华南理工大学实验时选用了广州马利冷却塔公司生产的MC75填料，如图2- 37所示。 该填料是用0.38mm厚、抗紫外线及抗化学腐蚀的聚氯乙烯材质经热塑真空吸塑成形及交叉 叠合而成的，每片结构形状为45度倾斜波纹。用于实验的填料尺寸规格为：720mm× 420mm×110mm，共3块。填料的安装位置如图2-38所示。
 

试验时在保证蒸发式冷凝器具有相同空气进口湿球温度24.1℃和喷淋密度0.047 kg／m.s的条件下，调节风机变频器，测定了不同频率下有填料和没有填料时蒸发式冷凝器 的传热性能。

图2 - 39给出了总传热系数K的结果比较。 从该图可知，有填料蒸发式冷凝器的总传热系数 提高了，K的提高幅度为27.92～61.89W／m²．K， 提高比率为7.2%~16.9%，试验时总传热系数较 大值为428.42 W／m²．K。可见，填料层的加入有 效地提高了蒸发式冷凝器的总传热系数，也就是 说，强化了蒸发式冷凝器的传热过程。

图2-40给出了管外空气对流传热系数hwa的 结果比较。从该图可见，有填料层的蒸发式冷凝 器空气传热膜系数也提高了，传热膜系数提高幅 试验时在保证蒸发式冷凝器具有相同空气进口湿球温度24.1℃和喷淋密度0.047 kg／m.s的条件下，调节风机变频器，测定了不同频率下有填料和没有填料时蒸发式冷凝器 度为48. 95~86. 28W／m²．K，提高比率为29. 6%~66. 3%，较大值为218.17W／m²．K。原 因在于填料层的加入，促进了水膜和空气的热质交换，提高了空气的利用效率，进而提高了空气的对流传热系数。

从上分析可知，填料层的加入有效地强化了水一气界面的传热，提高了空气的对流传热 膜系数，进而提高了蒸发式冷凝器的整体传热效果。