干式壳管式蒸发器的设计过程

干式壳管式蒸发器的设计过程
初步规划过程：已知制冷量O Q ，和制冷剂的质量流量mt q （如制冷剂质量流量未知可通过mt q =O Q /（1'3h h -）求出）。

过热度
过冷度
（1） 求出冷冻水的体积流量s qv =O Q /'"111()p c t t ρ-（'1t 为冷冻水出水温度，"
1t 为冷
冻水进水温度）
（2） 估计换热器的传热系数K 估（采用一般的铜光管时，换热器的传热系数为
523~580w/（m 2
℃），如果采用小直径铜管密排时，传热系数可提高为1000~1160w/
（m 2
℃），采用强化管传热系数会有更大的提高，能提高多少，根据铜光管时的水速和制冷剂的质量流速而定，即为水侧的换热系数和制冷剂侧换热系数而定）
（3） 估算换热面积F 估=O Q /K 估m t ∆（初步规划的换热面积要考虑过热度对传热系数
的影响，因此规划的换热面积要比校核计算的换热面积提高15%~30%左右，根据过热度的大小，选择合适的范围，另外，管板及折流板占据了换热面积不参与换热，因此初步规划的换热面积要再提高5%左右）
（4） 单管程热交换器的管程流通截面积s A =mt q /m v （为了保证润滑油带回压缩机，
制冷剂在换热管的出口流速大于4m/s ，此时制冷剂的质量流速一般为m v =100 kg/(m.s)左右，质量流速越大，制冷剂侧和整体的换热系数越高）
（5） 单程的管数n=4s A /（πd i 2）（d i 为所选换热管的内径）
（6） 根据所估的换热面积，每根管子的长度L=F 估/πnd 0 （d 0为管子的计算直径） （7） 确定合适的管程数N 及换热管长度l ，N=L/l （换热管长度与壳体直径之比通常
为6~10），GB151-1999推荐的换热管长度采用：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m 等）。

（8） 总的管子数Z m =nN
已知参数对应的字母表示
壳体内径D i ，流程数N ，每一流程的平均管子数Z m ，总管数Z t , 管板厚度δB ，折流板厚度δb ，折流板数N b ，折流板间距s 1，s 2,上缺口高度H 1，上缺口内管子数n b1，下缺口高H 2,下缺口内管数n b2。

管子直径为d o ，按三角形排列，有一定的管间距，壳体直径附近的管子数n c ，管长l 。

制冷剂从下端进入管子，在管中蒸发，从上端出蒸发器。

从上往下，各流程管数要确定。

1. 有效传热面积
'0F =0(2)t B b b d Z l N πδδ--
2. 管外换热系数的计算
（1） 折流板的平均间距 s =
12
2(1)1
b b s N s N +-+
(2) 横向流通截面积 c A =()i c o D n d s -
(3) 横向流速 c u =
s
c
qv A (4)
折流板上、下缺口面积 按公式（9-77）计算这两个面积。

计算时b K 值取自下表中。

2
2
11114
b b i b o A K D n d π=- 2
222214
b b i b o A K D n d π=-
b K 的数值 H/D i 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 K b
0.0739
0.112
0.154
0.198
0.245
0.293
0.343
（5）上、下缺口面积的平均值 b A =
121
()2
b b A A +
(6) 纵向流速 b u =s
b
qv A (7) c u 与b u 的几何平均值
u =
(8) 管外换热系数o α
冷媒水平均温度s t =
111()2t t '''+=1
(712)9.52
C +=︒。

据此温度查得水的物性数据为： Pr f =9.73，运动粘性系数61.28210/m s υ-=⨯，导热率0.575/()W m C λ=⋅︒,则
Re o
f ud υ
=
管外换热系数 o α=0.220.60.33Re Pr f f o
d λ
3. 管内换热系数的计算
假定蒸发器按内表面计算的热流密度i q ＞40002
W m /（此假定将在后面检验），则管 内换热系数
i α=0.60.2
0.257.8i m i
q
c d
υ
式中i d 为管子内径，c 值查下表可得。

每根管内R22的质量流量 mt
m m
q q Z =
质量流速
m v =
2
4
m
i q d π
将以上参数代入公式i α=0.60.20.257.8i m i
q c d υ
可得管内换热系数
4. 制冷剂流动阻力及传热温差的计算 （1） 制冷剂的流动阻力计算
① 制冷剂饱和蒸气的流速 2
4mt
m i q u Z d ρπ''
''=
②蒸发器出口处的蒸发温度2o t =2℃，据此从物性表中查得制冷剂的的以下参数：密度、普朗特数、运动粘滞系数，将以上数据代入下式中，得 Re i
u d υ''
''=
''
③沿程阻力系数 ε=
0.25
0.3164
(Re )
'' ④饱和蒸气的沿程阻力 2611
()102
i l p N
u d ερ''
''-∆=''⨯ ⑤两相流动时制冷剂的沿程阻力 1p ∆=1R P ψ''
∆
⑥总阻力 p ∆=51p ∆ （2） 对数平均温差
在2o t =2℃附近，压力每变化0.1MPa,饱和温度约变化5.5℃，因此蒸发器进口处制
冷剂的温度为 12 5.5
0.1
o o p t t ∆=+ 对数平均温差 1011021
01102()()
()ln ()
m t t t t t t t t t ''''
''---∆=-- 5. 传热系数0K 及按内表面计算的热流密度i q （1） 传热系数0K
管内侧污垢系数取为i γ=0，管外侧的污垢系数均取为o γ=8×10-5
2
m ⋅℃/W,则
0K =
1
1
1
()()()o o i o i i m o d d d d δγγαλα++++
（2） 按内表面计算的热流密度
0()o
i m i
d q K t d =
∆ 迭代求得 i q （i q 需大于40002
W m /）
（3） 传热系数0K 的数值
0K =(
)i
i o
m
d q d t ∆
6. 所需之传热面积
O
O O m
Q F K t =
∆
此值需比初步规划的有效传热面积小，以保证初步规划中所定的尺寸有足够的余量。