管壳式换热器设计说明书

1．设计题目及设计参数 (1)

1.1设计题目：满液式蒸发器 (1)

1.2设计参数： (1)

2设计计算 (1)

2.1热力计算 (1)

2.1.1制冷剂的流量 (1)

2.1.2冷媒水流量 (1)

2.2传热计算 (2)

2.2.1选管 (2)

2.2.2污垢热阻确定 (2)

2.2.3管内换热系数的计算 (2)

2.2.4管外换热系数的计算 (3)

2.2.5传热系数

K计算 (3)

2.2.6传热面积和管长确定 (4)

2.3流动阻力计算 (4)

3．结构计算 (5)

3.1换热管布置设计 (5)

3.2壳体设计计算 (5)

3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5)

3.4零部件结构尺寸设计 (6)

3.4.1管板尺寸设计 (6)

3.4.2端盖 (6)

3.4.3分程隔板 (7)

3.4.4支座 (7)

3.4.5支撑板与拉杆 (7)

3.4.6垫片的选取 (7)

3.4.7螺栓 (8)

3.4.8连接管 (9)

4．换热器总体结构讨论分析 (10)

5．设计心得体会 (10)

6．参考文献 (10)

1．设计题目及设计参数

1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数：

蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22；

蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃，

冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1

t "

=7℃。

2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量

根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ，

P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg

m

04427.0v 3

1=，kg

m

v 3

400078.0=

图2-1 R22的lgP-h 图

制冷剂流量s

kg s

kg h h Q q m 667

.0250

4051054

10=-=

-=

2.1.2冷媒水流量

水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3

,c p =4.192KJ/(Kg ·K)

s

m

s

m

t Q P 3

3

3

'2

10

vs 10

011.5)

710(192.471.999105

)

t (c q -⨯=-⨯⨯=

-=

‘ρ

2.2传热计算 2.2.1选管

为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【3】p71换热管用低翅片管序号3，规格φ16×1.5，如图所示：

mm 25.1s f = mm 86.15d t = mm 5.1h = mm 11d i = mm 86.12d b =，每米管长管外表面积m

m

15.0a 2

of =，螺纹管增强系数35.1=ϕ，铜管导热系数

)

·m (3980

2C W

=λ

图2-2 外螺纹管结构图 2.2.2污垢热阻确定

冷媒水平均温度C t o s 5.9=,制冷剂C t o 20=,水的流速取s m s m u 15.1>=，根据资料【1】p198表9-1，

管内污垢系数W C o

2i m 000045.0=γ 管外污垢系数W C o

2o m 00009.0=γ

2.2.3管内换热系数的计算

冷媒水的定性温度C t o s 5.9=,查物性表得：3

71

.999m

kg

=ρ，

7275.9=r p ，s m

10330.12

6

-⨯=υ ，)

m (10285.572K W ⋅⨯=-λ,暂取水的流速s

m

u 7.1=，管程设计为2程，每流程管子数317

.11114.350114d q 42

2

vs

=⨯⨯⨯=

=

u

Z i

π，当

Z=31时，冷媒水的实际流速为s

m

s

m

z

d q u i

vs

702.131

1114.310

011.5442

3

2=⨯⨯⨯⨯=

=

π，

1407710

330.11011702.1Re 6

3

=⨯⨯⨯=

=

--υ

i

ud

根据资料【2】6-15，828

.947275

.914077

023.0r e 023.0u 3

.08

.03.08.0=⨯⨯==P R N ，

)

·m (4938)

·(10

1110285.57828.94d ·o

2o

23

2

i

C W

C m W

Nu a i =⨯⨯⨯

==--λ

2.2.4管外换热系数的计算

平均传热对数温差：C C t t t t t O

o m 213.75

10ln 510'

"ln

'

"

=-=

∆∆∆-∆=

∆

管外换热系数45

.00

82

.0002.3P θα=,其中20000-=-=w w t t t θ

2.2.5传热系数0K 计算

传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为0θ；第二部分是热量经过管外污垢层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。

第一部分热流密度

82

.145

.00

82

.10

0)

2(88.10612.3-⨯===w t P q θαθ

第二部分热流密度