制冷剂系统翅片式换热器设计及计算
制冷剂系统的换热器的传热系数可以通过一系列实验关联式计算而得，
在气液两相共存的换热过程， 所以比较复杂， 现在多用实验关联式进行计算。
这是因为在这类换热器中存之前的传热研究多对于之
前常用的制冷剂，如 R12， R22， R717， R134a 等，而对于 R404A 和 R410A 的，现在还比较少。按照传热过程，换热器传热量的计算公式为：
Q=KoF tm (W)
Q— 单位传热量， W
Ko— 传热系数， W/ （ m2.C ）
F— 传热面积， m2
tm— 对数平均温差， C
tmax— 冷热流体间温差*大值，对于蒸发器，是入口空气温度 — 蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温
度— 入口空气温度。
tmin —冷热流体间温差*小值，对于蒸发器，是出口空气温度 — 蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温度— 出口空气温度。
传热系数 K 值的计算公式为：
K=1/ （1/α1+δ /λ +1/α 2）
但换热器中用的都是圆管，而且现在都会带有肋片（无论是翅片式还是壳管式） ，换热器表面会有
污垢，引入污垢系数， 对于蒸发器还有析湿系数， 在设计计算时， 一般以换热器外表面为基准计算传热，所以对于 翅片式蒸发器 表述为：
Kof-- 以外表面为计算基准的传热系数，
W/ （ m2.C）
α i —管内侧换热系数， W/ （ m2.C）
γ i —管内侧污垢系数， m2.C/kW
δ，δ u— 管壁厚度，霜层或水膜厚度，
m
λ，λ u— 铜管，霜或水导热率， W/m.C
ξ，ξτ — 析湿系数，考虑霜或水膜使空气阻力增加系数，
0.8-0.9（空调用亲水铝泊时可取
1）
α of —管外侧换热系数， W/ （ m2.C）
Fof —外表面积， m2
Fi —内表面积， m2
Fr —铜管外表面积， m2
Ff —肋片表面积， m2
η f —肋片效率，
公式分析：
从收集的数据（见后表）及计算的结果来看，空调工况的光滑铜管内侧换热系数在
2000-4000 W/
（m2.C ）（ R22 取前段， R134a 取后段，实验结果表明， R134a 的换热性能比 R22 高 )之间。因为现在蒸
发器多使用内螺纹管，因此还需乘以一个增强因子 1.6-1.9。
下面这个计算公式来自《制冷原理及设备》 （第二版， 1996，吴业正主编） ：
α i—管内侧换热系数
vm—质量流速， kg/(m2.s)
di—铜管内径， m
A
1， A2 —系数，
μ—制冷剂的分子量
但是对于现在一般的制冷产品，
因为质量流量都比较大，
因此流速都比较高， 所以都符合这个要求，
所以一般都用公式（ 9-43）
但是上面这个公式对 R134a 不太适用，《小型制冷装置设计指导》 （ 1999，吴业正主编） ，《制冷原
理及设备》第三版， 2010 ，吴业正）都引用了 Kindlikar 在 1987 年提出的一个经过大量数据验证精度较
高的关联式用于 R134a 制冷剂，这个公式也可用于其他制冷剂如 R22 等，经过近几年的研究发现，该
公式也可用于 R410A 蒸发器 的计算：
200-400
这个公式比较复杂， 所需参数比较多， 而且计算时需要假设热流 q 来进行迭代计算， 但经过计算对
比发现， 可以在上一个公式的基础上再乘以一个系数， 经推算为 1.05，就可以将上一个公式用于 R134a。
冷柜工况的管内侧换热系数不到 1000 W/ （ m2.C）（ R22），这和制冷剂质量流速有关，有研究人员
用 Kandlikar 关联式通过计算机模拟得出了 R134a 不同质量流速下的换热特征（空调工况） ，见下图：
而一般蒸发器设计时， 考虑到质量流速的增大会引起阻力的增大， 因此质量流速不宜过大， 这个可结合流路长度一起分析， *后选择合适的质量流速。 而对于管内侧换热系数来说， 主要影响换热的是制
冷剂性质和制冷剂质量流速，从计算结果和经验分析，对于光管和平片来说，如果质量流速在
kg/(m2.s) ，那么管内侧（平均）换热系数的范围主要集中在
2000-8000 W/ （ m2.C）之间， R22
取靠前区
间， R134a 取靠后区间。
污垢系数根据经验值是固定值， 管内表面污垢系数取 ，而铜管管壁导热热阻δ
只和结构有关，而常用的 9.52 光管取 8.8x10^-7 ，这个值太小了可以忽略不计。不过在《小型制冷装置
设计指导》中给出了一个热阻值 4.8x10^-3 （ m2.K/W ），这个值包括管壁导热热阻，翅片与管壁间的接
/λ
触热阻，翅片侧污垢热阻，而管内污垢热阻忽略不计。
还有 Fof/Fi ，空调常用 9.52 管套铝翅片，一般根据片距在 1.
