满液式蒸发器的设计说明
课程设计任务书(满液式蒸发器)
一、课程设计的主要内容和基本要求
设计内容：
设计一台满液式蒸发器，已知制冷剂氨在蒸发温度 ℃，冷凝温度 ℃的工况下系统的制冷量为40KW，而载冷剂盐水的进口温度为12℃。
基本要求：
每人手工绘图1张，手写课程设计说明书1份，不得雷同。说明书内容要求包括目录设计题目，设计内容，具体任务与要求，设计的具体计算过程与结果（含结构草图的绘制），设计小结，最后列出参考资料文献目录等。
4.吴业正编，制冷与低温技术原理，高等教育出版社出版
课பைடு நூலகம்设计任务书
课程名称：专业课程设计
题目：满液式蒸发器设计
学院：机电工学院系：动力工程系
专业班级：
学号：
学生姓名：
起讫日期：2014.12.15～2015.1.02
指导教师：杜海存职称：副教授
学院审核（签名）：
审核日期：
说明
1.课程设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。
2.学生根据指导教师下达的任务书独立完成课程设计。
注意事项：
计算过程中有关焓值查表按照同一基准，即参考同一本书，避免计算错误。
二、课程设计图纸内容及张数
A1图纸1张
三、课程设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标
无
四、主要参考资料
1.吴业正编，小型制冷装置设计指导，机械工业出版社出版；
2.余建祖编，换热器原理与设计，北京航空航天大学出版社出版
3.吴业正编，制冷原理及设备，西安交通大学出版社出版
详解干式满液式降膜式蒸发器
干式蒸发器干式蒸发器制冷剂在换热管内通过,冷水在高效换热管外运行,这样得换热器换热效率相对较低,其换热系数仅为光管换热系数得2倍左右,但就是其优点就是便于回油,控制较为简便,而制冷剂得充注量大约就是满液式机组充注量得1／2～1/3左右。
ﻫ满液式蒸发器满液式蒸发器与干式蒸发器得运行方式恰好相反,冷水在换热管内通过,制冷剂完全将换热管浸没,吸热后在换热管外蒸发。
满液式蒸发器得传热管表面上有许多针形小孔,管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧得换热。
这种同时强化管外沸腾与管内传热得高效传热管,使其传热系数较光管提高了５倍左右、ﻫ降膜式蒸发器降膜式蒸发器,也称之为喷淋式蒸发器,这种换热器与满液式蒸发器相似,但就是它又与满液式蒸发器有区别。
这种蒸发器得制冷剂就是从换热器得上部喷淋到换热管上,制冷剂只就是在换热管上形成一层薄薄得冷剂液膜,这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力,从而提高了换热效率,其换热效率较满液式机组提高了5左右。
ﻫ降膜蒸发就是流动沸腾,由于管外表面得液膜层厚度小,没有静压产生得沸点升高,传热系数高。
而满液式蒸发(也就就是沉浸式蒸发)产生得气泡易于集聚在换热管得表面,导致换热效率下降,其换热效果不如降膜蒸发。
总得来说降膜蒸发属于小温差情况下,但要防止结垢,影响传热效率。
“冷水机组",就是对一种制冷机组得习惯命名法,这种“冷水机组”一般用于中央空调得冷源,或者空调工况得制冷,输出得就是低温得冷水,通常叫做“冷冻水”,故而得名。
一般把只能制冷得叫做冷水机组,而能同时制热得,我们叫做“热泵”机组。
而“满液式”就是指机组所用得“壳管式蒸发器”采用了“满液式蒸发器”得形式,这就是区别于“干式”、“降膜式”得一种壳管式蒸发器。
它得“壳程"内走制冷剂循环,“管程”内走冷冻水循环,从剖面上瞧,就好像就是筒体里有大半筒制冷剂,而走水得管束浸泡在制冷剂里。
它与“干式蒸发器”刚好相反,干式得就是“管程”走制冷剂,“壳程”走水,好比制冷剂管束浸泡在水里。
满液参考资料式蒸发器设计计算
第一章满液式蒸发器设计计算1.1满液式蒸发器设计计算模型管束之间的距离不能太大，也不能太小。
管间距很大的时候，管束之间沸腾换热不会相互影响，单管换热效果好，但是对于整体会造成制冷剂不能充分沸腾，换热面积减小；如果管间距太小，则制冷剂沸腾量增大，但是由于沸腾过程中气泡的扰动，会使得相邻管束之间相互干扰，尤其是下部管子沸腾后产生的气泡会对上部管子的沸腾起到抑制作用，这一部分已在第二章中介绍过。
满液式蒸发器在设计时，应首先确定制冷剂种类、压缩机形式、压缩机运行工况等，按照这些参数进行设计计算[50]。
设计时，几个主要参数的选择如下：1)结构形式满液式蒸发器在设计时，制冷剂从底部或侧面进入，制冷剂蒸汽从顶部出来。
为了防止制冷剂液体出来进入压缩机造成液击等，小型蒸发器可在顶部焊接一个气包，大型蒸发器则在壳体上部预留一定的空间，使工作时，液面上部有1～3排管子。
本设计采用CO2做制冷剂，制冷剂从底部进入壳体中，蒸汽从顶部出来，壳体内液面上部有一排管子。
2)水流速度的选择水流速度取为0.5～2.5m/s，计算过程中取1.5m/s。
3)水在蒸发器内部的降温水在蒸发器内部的降温一般控制在2～5℃之间。
降温大，会使水与制冷剂之间的换热温差减小，需要的传热面积大；降温小，会使水流量增大，水泵耗功增大。
满液式蒸发器在运行时，壳体内制冷剂的充注量对蒸发器的工作性能有较大的影响。
当制冷剂为氨时，氨的液面高度应控制在壳体直径的70 % ～80 %；如果制冷剂为氟利昂，则液面高度应控制在壳体直径的55% ～65 %[51]。
制冷剂的液面高度不能太低，也不能太高。
如果液面过低，则蒸发器的有效换热面积减小，不能充分发挥沸腾传热作用，冷冻水的出口温度就可能达不到设计要求；反之，如果液面过高，则有可能沸腾换热不充分，有可能将液体制冷剂带入到压缩机，造成液击现象，对压缩机造成损害；并且受液体静压力的影响，蒸发器下部液体的蒸发温度会提高。
满液式说明书
满液式机组电气操作手册(适用于LSBLG-M、GHSP-M机组)山东贝莱特空调有限公司使用机组前请仔细阅读本手册一、概述1.1、性能简介1、采用先进的高速嵌入式微处理器，性能远高于同行业中使用的单片机。
2、主板采用SMT表面贴装工艺，结构紧凑，发热量低，抗干扰能力强。
3、主板预留一个串口，能快速地从PC电脑直接下载程序，方便程序升级和硬件的扩展。
4、采用485通讯传输技术，数据传送距离远且信号不衰减，可以达到1200米，如果加一个中继器，通讯距离可以达到3000米以上。
5、在RS485通信总线上最多可挂16个模块。
6、通讯连接方式利用一条电话线即可轻松的实现主辅板的数据通讯，便于控制器的安装与分体。
7、硬件具有自诊断能力，能自动排除硬件故障，而软件采用冗余、陷阱技术与硬件的WATCHDOG相结合，提高整体抗干扰能力。
8、存储容量大，512K的程序存储容量，128K的断电数据保存容量，用于存放参数的存储芯片稳定性好，可靠不丢失。
10、系统预留PC电脑监控和短消息控制功能。
11、采用大屏幕320×240高分辨率液晶触摸屏。
可以显示16行×40列640个汉字或1280个字符。
12、显示清晰，立体效果强，不仅显示字符还可以显示图片，尤其在显示灰度图片时，具有很强的立体效果，操作简易，具有很好的个机界面。
13、通过触摸液晶屏进行操作，先进的触摸技术，触摸屏轻触性好，每点连续轻触寿命高达100万次以上，保证整机的寿命。
14、独特的屏保系统使液晶屏寿命延长至十年以上，彻底解决液晶屏寿命问题。
15、支持多控制器联控。
16、内置多种参数，可供厂家出厂前选择设定，并提供口令保护功能。
17、内置机组简易操作使用说明书，以便用户查阅。
18、可随时查看各点实际温度，以及可能查询开关量输入、继电器输出，并可随时修改设定温度。
还可以显示一个小时和一天的温度曲线。
19、可以查询当前故障和历史故障。
具有故障的统计功能，可以用来分析机器的不稳定部分，以便加以完善。
满液式蒸发器的设计说明
3满液式蒸发器的设计3.1制冷剂流量的确定制冷剂压焓图： P h图3.1由蒸发温度50=tk g 》附表13〔P 341〕和附图5〔P 373〕查得：1407.143/(.)h kJ kg K =,)./(050.4302K kg kJ h =,)./(686.24943K kg kJ h h ==)./(963.242,4,3K kg kJ h h ==,kg m /103556.40331-⨯=ν,kgm /109876.17332-⨯=νkg m /1088392.0333-⨯=ν, kg m /100003.933,4-⨯=ν 单位制冷量：)./(180.164963.242143.407,410K kg kJ h h q =-=-=〔P 31〕 <3.1> 制冷剂流量：00700.4263/164.180m Q q kg s q === 〔P 31〕 <3.2> 3.2载冷剂流量的确定33012703.343610/()10004.1875vs p s s Q q m s c t t ρ-===⨯-⨯⨯ 〔P 246〕 <3.3>3.3传热管的确定选用φ10×1低螺纹铜管,取水流速度s m u /2.1=,则每流程的管子数Z 为322644 3.34361055.463.14(102)10 1.2vs i q Z d u π--⨯⨯===⨯-⨯⨯根 <3.4> 圆整后,Z=56根。
实际水流速度322644 3.343610 1.1884/ 1.2/3.14(102)1056vs i q u m s m s d Z π--⨯⨯===≈⨯-⨯⨯ <3.5> 3.4管程与有效管长假定热流密度q=6600W /m 2,则所需的传热面积320701010.616600k Q F m q ⨯=== <3.6>管子与管子有效长度的乘积0010.616.033.140.0156c F NI md Z π===⨯⨯<3.7> 采用管子成正三角形排列的布置方案,管距s=14mm,对不同流程数N,有效单管长c l ,总根数NZ,壳体直径D 与长径比D l c /进行组合计算,组合计算结果如表3.1所示： 表3.1组合计算结果表3.1不同流程数N 对应的管长c l 与D l c /从D 与D l c /值看, 4流程是可取的。
满液式蒸发器设计计算
满液式蒸发器设计计算满液式蒸发器是一种热力学设备，用于将液体转化为气体。
它广泛应用于化工、制药、食品加工等行业中的蒸馏、浓缩、脱水等工艺中。
设计满液式蒸发器需要考虑许多因素，包括入口液体温度、出口蒸汽温度、蒸发程度、传热区域大小等等。
1.蒸发率计算：蒸发率表示单位时间内从液体中蒸发的质量或体积。
蒸发率的计算需要考虑液体的物理性质（如密度、热容等）、入口液体温度、出口蒸汽温度、蒸发程度等因素。
2.传热计算：满液式蒸发器的主要功能是传递热量，将液体加热并转化为蒸汽。
传热计算需要考虑传热区域的大小、传热系数、温度差等因素。
可以使用传热方程或实验数据来进行传热计算。
3.设备尺寸计算：蒸发器的尺寸计算需要考虑液体的流量、入口温度、出口温度、蒸发率等因素。
根据这些参数，可以确定传热区域的尺寸、蒸发器的体积等。
4.材料选择：蒸发器的材料选择需要考虑液体的性质、温度、压力等因素。
常用的材料有不锈钢、碳钢、铜等。
根据液体的特性和工艺要求选择合适的材料。
在设计满液式蒸发器时，可以使用数值模拟软件进行计算分析，如ANSYS、COMSOL等。
这些软件能够模拟蒸发器的传热效果，同时考虑多个因素的影响，提高设计的准确性和效率。
根据以上的计算和设计，确定了满液式蒸发器的各项参数（如尺寸、材料、传热区域大小等），可以制造和安装蒸发器。
在使用蒸发器时，需要进行监测和维护，以确保其正常运行，并及时修复或更换任何损坏或故障的零件。
总之，满液式蒸发器的设计计算是一个复杂而重要的过程，需要深入研究液体的特性、传热理论和蒸发器的设计原则。
只有充分考虑这些因素，才能设计出高效、稳定和可靠的满液式蒸发器。
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3满液式蒸发器的设计3.1制冷剂流量的确定制冷剂压焓图：图3.1由蒸发温度50=t ℃，40=k t ℃，5=g t ℃，根据文献1《制冷原理及设备》附表13（P 341）和附图5（P 373）查得：1407.143/(.)h kJ kg K =,)./(050.4302K kg kJ h =,)./(686.24943K kg kJ h h ==)./(963.242,4,3K kg kJ h h ==,kgm /103556.40331-⨯=ν,kg m /109876.17332-⨯=νkg m /1088392.0333-⨯=ν, kg m /100003.933,4-⨯=ν 单位制冷量：)./(180.164963.242143.407,410K kg kJ h h q =-=-=（P 31） (3.1) 制冷剂流量：00700.4263/164.180m Q q kg s q === （P 31） (3.2) 3.2载冷剂流量的确定33012703.343610/()10004.1875vs p s s Q q m s c t t ρ-===⨯-⨯⨯ （P 246） (3.3)3.3传热管的确定选用φ10×1低螺纹铜管，取水流速度s m u /2.1=,则每流程的管子数Z 为322644 3.34361055.463.14(102)10 1.2vs i q Z d u π--⨯⨯===⨯-⨯⨯根 (3.4) 圆整后，Z=56根。
实际水流速度322644 3.343610 1.1884/ 1.2/3.14(102)1056vs i q u m s m s d Z π--⨯⨯===≈⨯-⨯⨯ (3.5)3.4管程与有效管长假定热流密度q=6600W /m 2,则所需的传热面积320701010.616600k Q F m q ⨯=== (3.6)管子与管子有效长度的乘积 0010.61 6.033.140.0156c F NI md Z π===⨯⨯ (3.7)采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s=14mm,对不同流程数N ，有效单管长c l ，总根数NZ,壳体直径D 及长径比D l c /进行组合计算，组合计算结果表3.1不同流程数N 对应的管长c l 及D l c /从D 及D l c /值看， 4流程是可取的。
3.5传热系数的确定 3.5.1蒸发器中污垢的热阻由文献1《制冷原理及设备》表9-1可知： 管外热阻W C m /1090250•⨯=-γ 管热阻W C m i /105.4025•⨯=-γ 3.5.2平均传热温差平均传热温差：17.649ln 5ln20121==---=t t t t t t s s s s m θ℃ (3.8)3.5.3管换热系数管强制对流换热系数由文献5《传热学》（P 248）公式 (6-21a)式可知：i t f fi d c l d f f λα⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=3/23/2)(1)1(Pr 8/7.121Pr )1000)(Re 8/( (3.9) 其中 01.0)Pr Pr (wf t c = 2)64.1Re lg 82.1(--=f冷却水的定性温度t s ： 5.112914221=+=+=s s s t t t ℃(3.10)查饱和水物性表得：3/25.999m kg =ρ，s m /10216.126-⨯=υ 258.1510/()W m k λ-=⨯⋅，77.8Pr =f则: Re ＝νiud ＝361.28101.21610--⨯⨯⨯＝7895 (3.11)假设壁温w t 为8.5℃，查水的物性表，得Pr 11.75w =,假设管长为1.8m ， 于是有 0336.0)64.17895lg 82.1(2=-=-f(3.12)22/30.010.0088.7758.15101()()1.811.750.008i α-⨯⎡⎤=+⨯⎢⎥⎣⎦5146.5= W/(m 2·K) (3.13) 3.5.4管外换热系数管外换热系数按下式计算：)/(2.3245.0082.000C m W P ⋅=θα(3.14)其中50-=w t θ3.5.5壁温和热流密度的估算传热过程分为两部分：第一部分是传热量经过制冷剂的传热过程；第二部分是传热量经过污垢层、管壁、管污垢层以及冷却水的传热过程。
第一部分的热流密度： 0.820.40003.2q P θθ=30.4 1.823.2(583.7810)(5)W t =⨯⨯-（查R22热力性质表P 0＝583.78kPa ）1.822648.11(5)/W t W m =- (3.15)第二部分的热流密度：0000,)1(γλδγαθθ+++-=mi i i m d d d d q (3.16)其中9210820=+=+=d d d i m mm ，)/(3982K m W ⋅=λ代入数据得：,35511.1711011010( 4.510)9105146.583989t q ω----=⨯+⨯⨯++⨯ =2551.5(11.17)w t - W/m 2根据设计要求估算w t 的值， 来确定热流密度。
具体估算数值如表3.2所示：表3.2热流密度的估算tw 8.0 9.0 8.5 8.6 8.58 q 4786.41 8079.75 6336.55 6669.90 6602.61 q ，8088.265536.766812.516557.366607.35由表格中数据可知,当w t =8.580C 时，与前面假设的6.7=w t 0C 接近，q 与q’ 的值相差约为4.74，取q =6605 )./(2K m W ⋅，误差0.08%，合理，故q 可取为6605)./(2K m W ⋅,即为所求热流密度。
所以有： w t = 8.580Cq =6605 )./(2K m W ⋅3.5.6传热系数2066051071/()6.17m q K W m K t ===⋅∆(3.17)3.6传热面积和管长确定根据q 求传热面积F 0:3200701010.656605Q F m q ⨯===(3.18)管子的有效长度:0010.651.513.140.01456F l m d NZ π===⨯⨯⨯(3.19)适当调整后，取1.8m 3.7冷却水流动阻力冷却水的流动阻力系数按文献1《制冷原理及设备》P 232公式 (9-71)计算： 其中沿程阻力系数ξ为 0.250.250.31640.31640.0336Re 7895ξ=== (3.20)冷却水的总流动阻力p ∆为⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=∆)1(5.1212N d lN u p i ξρ (3.21) 21 1.81000 1.20.03362 1.5(41)20.008⎡⎤=⨯⨯⨯⨯++⎢⎥⎣⎦=0.0163Mpa考虑到外部管路损失，冷却水泵的总压头损失约为=∆+=∆p p 1.0,0.1+0.0163＝0.1163 MPa(3.22)取离心水泵的效率,6.0=η则水泵所需功率e P 为,363.3436100.1163106480.6Vs q p Pe Wη-∆⨯⨯⨯===(3.23)3.8结构设计计算 3.8.1 筒体根据文献4《热交换器原理与设计》表 2.3可知，当换热管外径d 0=10mm 时，换热管中心距为s=14mm ，分程隔板槽两侧相邻中心距I E =28mm根据文献4《热交换器原理与设计》P 47可知，热交换器管束最外层换热管表面至壳体壁的最短距离b=0.25d 且不小于8mm,故本设计取8mm根据[10]表6-3,选用壳体壁厚6mm ，故从上面计算得到的筒径为277.16mm又根据满液式蒸发器上程管排顶部应预留一定空间的特殊性，由作图可知壳体外径至少应选为：D=325mm （国家标准规格）.由于壁厚取6mm,所以径为：D i =325-2×6=313mm 。
此时长径比为图3.2 蒸发器管板1.8 5.750.325l D ==(3.24)根据文献4《热交换器原理与设计》P 55，目前所采用的换热管长度与壳体直径之比，一般在4～25之间，通常为6～10，故合理 3.8.2管板管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管的连接方式采用胀接法。
根据文献3《小型制冷装置设计指导》表3-8，换热管外径为10mm 时，管板最小厚度不小于10mm ，根据文献10《制冷机工艺》表6-6，查得与管子连接方式有关的系数1f =1.15,与管板兼做法兰有关的系数2f =1.30，由文献文献10《制冷机工艺》公式（6-4）得管板厚度：t=1f ·2f ·(17+0.0083iD )(3.25)=1.15×1.30×(17+0.0083×313) =29.3实际可取t =30 mm.管孔直径d p ，根据文献3《小型制冷装置》表3-5得： 换热管外径d 0：10mm 允许偏差0-0.10管板管孔径d p ：10.18mm 允许偏差+0.05-0.103.8.3法兰如图4.2，取法兰外径f D =313+(24+18)×2=397mm ， 法兰厚度fδ=30-5-3=22mm ，则螺栓所在圆的直径 D a =313+24×2=361mm, 螺栓所在圆的周长 C a =361×3.14=1133.54mm 3.8.4端盖如图4.2，根据文献10《制冷机工艺》选端盖厚度为S=10mm,连接螺栓处厚图3.3 端盖度'f δ=20mm,球面半径R=250mm ，球面高度h i =45mm 3.7.5分程隔板根据文献10《制冷机工艺》表6-8，分程隔板厚度选mm 8=δ 3.8.6支撑板与拉杆根据文献4《热交换器原理与设计》表2.5和表2.6，换热管外经d=10mm,支撑板最大无支撑跨距为750mm ，支撑板厚度为8mm ，直接焊在拉杆上固定。
根据文献文献4《热交换器原理与设计》P 51可知，换热管外径10≤d≤14,拉杆直径d n =10mm ，公称直径DN=325﹤400,拉杆数量为4。
3.8.7封头和支座根据文献10《制冷机工艺》表6-8取封头的厚度为10 mm 根据文献3《小型制冷装置设计指导》表3-9得支座尺寸：L=280mm K=200mm3.8.8垫片的选取材料：石棉，具有适当加固物（石棉橡胶板）；基础参数为厚度δ=1.5mm , P ＝1.569MPa, 垫片系数m=2.75,比压力y=25.5MPa ；宽度：本设计筒体径D i =365mm 〈700 mm ，故可取垫片宽度N=12mm,垫片基本密封宽度mm mm Nb 4.6620<==，垫片的有效密封宽度mm b b 60==.求垫片压紧力作用中心圆直径D G ：因为mm mm Nb 4.6620<==，所以垫片压紧力作用中心圆直径即为垫片接触面的平均直径，即DG=313+1×2+6×2=327mm.(3.26)垫片压紧力: 预紧状态所需的最小压紧力：GF =3.14 DGby=3.14×327×6×25.5=1.57×105N(3.27)操作状态下所需的最小压紧力pF =6.28 DGbmp=6.28×327×6×2.75×1.569=5.32×104N(3.28)其中P=1.569 MPa 为蒸发器的设计压力。