蒸发器设计过程

蒸发器设计过程

一、负荷的确定

已知压缩机的功率， 由假定的蒸发温度和冷凝温度查压缩机的样本来确

定本次设计的负荷大小。例如，选取12HP 的涡旋压缩机，蒸发温度为2℃，冷凝温度为31℃时，负荷为35.4KW ，制冷剂的质量流量为720kg/h 。水侧进出水温度是12/7℃，水侧质量流量()02135.4

1.691/4.1875

Q m kg s C t t ===-⨯，对数平均

温差121020

1277.21122ln ln 72

t t t t t t t --===----

二、壳体结构尺寸的确定

假定换热器的换热系数为k=11002/w m k ⋅,则再此换热系数下换热器的面积

2035.4

4.4611007.21

Q F m k t =

==∆⨯，考虑过热、折流板和管板30%的安全余量，则换热面积24.46 1.3 5.8F m =⨯=，

假定制冷剂的质量流速是2100/kg m s ⋅，则管程的流通截面积

32

720/3600210100t t M A m v ρ-===⨯，则所需管数322

4421040.63.140.00792t i A n d π-⨯⨯⨯===⨯，则

选定管子数为41根，每根管子的长度 5.8

4.733.140.0095241

F L m dn π=

==⨯⨯，选定管侧为两程，则/2 2.37l L m ==，则实际的制冷剂质量流速是

()22

20.2

99.06/1

41 3.140.007924

4

m m i q v kg m s d π

=

=

=⋅⨯⨯⨯。和假设值基本相等。

定折流板间距的时候先考虑壳程接管据管板的间距L （换热器设计手册p144页），此间距定住以后，据管口最近的一个折流板的间距取4mm ，由此定住第一个折流板距管板的距离。

取折流板的间距1110s mm =，250s mm = 折流板的平均间距 12

2(1)1

b b s N s s N +-=+

横向流通截面积

()c i c o A D n d s =-

横向流速

s

c c

qv u A =

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

2111

14

b b i b o A K D n d π=-

22

22214

b b i

b o A K D n d π=-

b K 的数值

上、下缺口面积的平均值 121

()2b b b A A A =+

纵向流速 s

b b qv u A =

c u 与b u 的几何平均值

u =三 管外换热系数的计算

冷媒水平均温度111()2s t t 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 0.60.3300.22

Re Pr f f o

d λ

α=

四 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 ＞40002W m /（此假定将在后面检验），则管

内换热系数

0.60.2

0.2

57.8i m

i i

q c d υα=

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 24

m

m i q v d π=

将以上参数代入公式0.60.2

0.2

57.8i m

i i q c d υα=可得管内换热系数

五 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 0.25

0.3164

(Re )ε''=

④饱和蒸气的沿程阻力 26

1

1()102

i l p N u d ερ''

''-∆=''⨯

⑤两相流动时制冷剂的沿程阻力 11R p P ψ''

∆=∆

⑥总阻力 15p p ∆=∆ （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 5.50.1

o o p t t ∆=+

对数平均温差 101102101102()()()

ln ()m t t t t t t t t t ''''''

---∆=-- 六 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

水侧的污垢系数取为8×10-5 2m ⋅℃/W,制冷剂侧忽略不计。则

01

11

()()()o o o i i m o

K d d d d δγαλα=

+++

（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40002W m /） （3） 传热系数0K 的数值

0(

)i

i o

m

d q d K t =∆

1. 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。