设计换热器形式：560KW干式蒸发器
适用制冷机组：水冷螺杆机组
设计者：
设计单位：
设计日期：
扬州一万制冷设备有限公司
设计条件：
结构形式：卧式壳管干式蒸发器
制冷量：560KW
介质类别：R22
蒸发温度：2℃
载冷剂进出口温度：12/7℃
1.冷媒水水量qv
qv=Q0/ρCp（t’1-t1”）=560/[1000*4.187*(12-7)]=0.0268m3/s
壳体内径Di=488,流程数N=4,每一个流程平均管数Z=104,总管数Zt=416,管板厚度δB=34mm,折流板厚度δb=4mm,折流板数目Nb=15缺口高H=122mm,包含管数nb=120,折流板s1=160mm,间距s2=200mm
管子为φ16*0.75的铜管,正三角排列,管距为16mm,壳体直径附近管数nc=23,管长l=2600mm.
蒸发器外表面积F0
F0=πd0Zt(l-2δB)=3.14*0.016*416(2.6-2*0.034)=52.9mm2
有效传热面积F0’
F0’=πd0Zt(l-2δB-Nbδb)=52mm2
2.管外换热系数的计算
折流板平均间距
s=[2s1+(Nb-1)s2]/(Nb+1)
=[2*240+(15-1)*160]/15+1=0.170m
横向流通面积Ac
Ac=(Di-ncd0)s=(0.488-23*0.016)0.170=0.0243m2
横向流速
uc=qv/Ac=0.026/0.0243=1.1m/s
纵向流速
Ab=KDi2-nbπd02/4
=0.154*0.4882-84*3.14*0.0162/4=0.02m2
ub=qv/Ab=0.026/0.02=1.3m/s
平均流速
u=(ucub)0.5=1.19m/s
管外换热系数
冷却水的平均温度ts=(t’+t”)/2=9.5.根据此温度查水的特性
Pr=9.73,运动粘性系数ν=1.282×10-6m/s,导热率λ=0.575W(m*C)
Ref=ud0/ν=1.19*0.016/1.282×10-6=14852
α=0.22λ/d0* Ref0.6 Pr0.33
=0.22*1.19/0.016*(14582) 0.6 *9.730.33
=10920W/m*℃
3.管内换热系数计算
设蒸发器内表面的热流密度qi>4000W/m2
α1=57.8cqi0.6vm0.2/di0.2
查表得di=0.010m,c=0.02332
每根管中的质量流量
qm=qmt/Z=3/416=7.2×10-3Kg/s
vm=4qm/πdi2=0.0072*4/3.14*0.0162=36Kg/(m2*s)
4.制冷剂流动阻力的计算及温差计算
R22饱和蒸汽的流速为u”=4qmt/ρ”Zπdi2
=(4*2.4)/(22.57*416*3.14*(0.0145))2=15.3m/s
Re=u”di/ν”,蒸发器出口处的蒸发温度t=2℃,查的R22的参数为:ρ”=22.57KG/m3,普朗特数Pr=0.726,运动粘性系数ν”=0.5352×10-6m/s
Re”=u”d1/ν”=15.3*0.0145/0.5352×10-6=414517
沿程阻力系数
ζ=0.31/( Re”)0.25=0.31/(414517)0.25=0.0125
饱和蒸汽沿程阻力
△p”1=(ζNl/2di*ρ”u”2)×10-6
=0.0125*4*2600/14.5*1/2*22.57*4.782*10-6
=0.002311MP
两相流动时R22的沿程阻力△p”1为
△ρ1=ψR△p”1=0.67*0.002311=0.0015Mpa
△p=5△ρ1=5*0.0015=0.0075Mpa
对数平均温差△tm 在2℃附近,压力每变化0.1Mpa,饱和温度约变化5.5Mpa,,因此蒸发器进口处R22的温度t01=t02+5.5△p/0.1=2+5.5*0.0075/0.1=2.41
对数平均温差
△tm=[(t’-t01)-(t”1-t02)]/ln(t’1-t01)/(t”1-t02)=7.04
传热系数K0及按内表面计算的热流密度qi
取管内侧与管外侧的污垢系数均为2×10-6m2*℃/W
K0=1/[(1/αi+γi)d0/di +δ/λ(d0/dm)+1/(α0+γ0)]
迭代的q=12536w/m2
K=qi(di/d0)/△tm=12536*14.5/16/7.04=1613W/m2*℃
所需换热面积F=Q0/K0△tm=560*1000/1613*7.04=49.3m2
原设计面积52.9m2比计算面积多出7%,可以达到设计要求裕量5%-10%.
6.水侧阻力计算
管外阻力由四部分组成，流经进出管口的阻力，流经折流板缺口的阻力，与管子平行流动时的阻力以及横掠管束时的阻力。
流经折流板缺口的阻力为
Δpb=0.103ρub2
流体横掠管束的阻力为
Δpc=2ncξρuc2
制冷剂在管内的流动阻力,制冷剂在管内流动时,总的流动阻力包括沿程阻力Δp1及局部阻力Δpm
总阻力Δp0=Δp1+Δpm下载本文
