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OQ，和制冷剂的质量流量mtq（如制冷剂质量流量未知可通过mtq=OQ/（1'3hh）求出）。过热度过冷度（1）求出冷冻水的体积流量sqv=OQ/'111()pctt（'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/（m2℃），如果采用小直径铜管密排时，传热系数可提高为1000~1160w/（m2℃），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=OQ/K估mt（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sAmtq/mv（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mv=100kg/(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=4sA/（di2）（di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/nd0（d0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Zm=nN已知参数对应的字母表示壳体内径Di，流程数N，每一流程的平均管子数Zm，总管数Zt,管板厚度δB，折流板厚度δb，折流板数Nb，折流板间距s1，s2,上缺口高度H1，上缺口内管子数nb1，下缺口高H2,下缺口内管数nb2。管子直径为do，按三角形排列，有一定的管间距，壳体直径附近的管子数nc，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)tBbbdZlN2.管外换热系数的计算（1）折流板的平均间距s=122(1)1bbsNsN(2)横向流通截面积cA=()icoDnds(3)横向流速cu=scqvA(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bK值取自下表中。2211114bbiboAKDnd2222214bbiboAKDndbK的数值H/Di0.150.200.250.300.350.400.45Kb0.07390.1120.1540.1980.2450.2930.343（5）上、下缺口面积的平均值bA=121()2bbAA(6)纵向流速bu=sbqvA(7)cu与bu的几何平均值u=cbuu(8)管外换热系数o冷媒水平均温度st=111()2tt=1(712)9.52C。据此温度查得水的物性数据为：Prf=9.73，运动粘性系数61.28210/ms，导热率0.575/()WmC,则Reofud管外换热系数o=0.220.60.33RePrffod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iq＞40002Wm（此假定将在后面检验），则管内换热系数i=0.60.20.257.8imiqcd式中id为管子内径，c值查下表可得。系数与蒸发温度的关系()otCC×102R11R12R22R113R142-30-10+100.570.821.041.461.802.121.642.022.54//0.691.001.261.55每根管内R22的质量流量mtmmqqZ质量流速mv=24miqd将以上参数代入公式i=0.60.20.257.8imiqcd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24mtmiquZd②蒸发器出口处的蒸发温度2ot=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Reiud③沿程阻力系数=0.250.3164(Re)④饱和蒸气的沿程阻力2611()102ilpNud⑤两相流动时制冷剂的沿程阻力1p=1RP两相流动时，R22阻力的换热系数与质量流速的关系mv（kg/(m.s)406080100150200300400R0.530.5870.6320.670.750.820.981.20⑥总阻力p=51p（2）对数平均温差在2ot=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125.50.1ooptt对数平均温差101102101102()()()ln()mttttttttt5.传热系数0K及按内表面计算的热流密度iq（1）传热系数0K管内侧污垢系数取为i=0，管外侧的污垢系数均取为o=8×10-52m℃/W,则0K=111()()()ooioiimodddd（2）按内表面计算的热流密度0()oimidqKtd迭代求得iq（iq需大于40002Wm）（3）传热系数0K的数值0K=()iiomdqdt6.所需之传热面积OOOmQFKt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。