蒸发器的确定

蒸发器的确定蒸发器的结构形式1.1蒸发器的分类蒸发器在制冷系统中是产生冷效应的低压换热器，它在制冷系统中的作用是对外输出冷量。根据被冷却介质的不同，蒸发器分为两种主要类型：一种是冷却液体载冷剂或液体工艺产品的蒸发器；另外一种是冷却空气或者其他气体的蒸发器。按制冷剂在蒸发器内的充满程度及蒸发情况可分为十式蒸发器、再循环式蒸发器、满液式蒸发器。十式和在再环式蒸发器中，制冷剂在管内进行沸腾换热，而满液式蒸发器中，制冷剂在管间的大空间沸腾。1.2常用蒸发器1.2.1满液式蒸发器在这类蒸发器中，壳体与管子间都充满制冷剂液体，满液式蒸发器的结构型式有立式列管式、立式螺管式、卧式壳管式等。满液式卧式蒸发器结构紧凑，操作方便。由于充满了液态制冷剂，受热沸腾产生的气态制冷剂直接从液体中分离出来，使传热面与液体制冷剂充分接触，传热系数K值较高。1.2.2十式蒸发器制冷剂在管内一次完全汽化的蒸发器，主要有用于冷却液体的十式壳管式蒸发器和板式换热器，以及形式多样的冷却空气的蒸发器。1.2.2.1十式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器用于对液体的冷却，按管组的排列方式又可分为直列式和U型管式两种，直列式是制冷剂在管内流动沸腾，载冷剂在管外流动。制冷剂从一端进入，经过一次或多次往返汽化后，产生蒸汽从另一端出去。U型管干式蒸发器的壳体、折流板以及载冷剂在壳测的流动方式与直管式十式蒸发器向东，两种的不同之处在与U型管式室友许多不同弯曲的U型管组成。1.2.2.2板式换热器板式换热器是近几十年得到发展和广泛应用的新型高效、紧凑的换热器，他由一系列相互平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。1.2.2.3冷却空气型十式蒸发器冷却空气的蒸发器广泛用于冰箱、冷藏柜、空调器及冷藏库中。此类蒸发器多做成蛇形管式，制冷剂在管内流动沸腾，空气在管外流过而冷却。1.2.3再循环式蒸发器再循环式蒸发器中制冷剂需经过几次循环才能完全汽化。由蒸发管出来的两相混合物进入气液分离器，分离出来的蒸气被吸入压缩机内，液体再次进入蒸发管中沸腾。蒸发器的选用本实验台选用“直列式十式壳管式蒸发器”采用这种蒸发器的优点有，对于冷却水的十式蒸发器，蒸发温度在0C附近式，不致发生冻结试过，而且载冷剂在管外，冷量损失少；可以使用热力膨胀阀供液，比使用浮球阀简单可靠；减少测试系统的质量和体积。蒸发器负荷确定和结构设计已知谷轮ZR28K3-TFD-522涡轮制冷压缩机，在ARI工况下的输入功率为2.15kw，制冷量为6910w，在ARI工况下，压缩机吸气7.2C，排气54.4C，平均蒸发温

度4.5°C，冷凝温度37.2^；冷冻水进出温度为6.7°C/12.3°C，冷却水进出口温度为29.4C/35C。压缩机制冷剂选用R223.1十式蒸发器设计条件该干式壳管式蒸发器其它系常规型，壳程的载冷剂为水，管程的制冷剂为R22。考虑到测试平台工况变化，所以蒸发器的负荷赢大于制冷量，故去蒸发器负荷Q=10000W，蒸发器设计o设计参数如表3-1所示表3-1设计参数冷凝温度t=37.2°Ck蒸发温度t0=4.5C冷冻水进口温度t=6.7Cs1冷冻水出口温度t=12.3Cs2制冷剂为R22蒸发器负荷为10000W冷冻水进口温度为'=6.7C，冷冻水出口温度t22=12.3°C为查水在平均温度9.5°C下水的物行系数为。=4.19kJ/(kg-K)、p=999.7kg/m3故，冷冻水的循环量为:q=-Q^=10=0.426x10一3m3vcpAt4.19x999.7x5.63.2机构的初步设计壳体内径D=166mmi平均每流程管子数Zm=26根管板厚度5=30mmB折流板数Nb=36上缺口高H^=36mm上缺口内管子数七广10流程数N=4总管子数Z广102根折流板厚度5=5mmb折流板间距*=2mm0，间距％=14mm下缺口高H2=38mm下缺口内管子数七2=7管子为410x1的铜管，按正三角形排列，管距为15mm，壳体直径附近的管数nc=11跟，管长l=600mmR22从下端进入管子，在管中政法，从上端出蒸发器。从上往下，各流程数依次为3.2.1蒸发器的外表面积F=丸dZ(l-25)=3.14x0.012x91(壳体内径D=166mmi平均每流程管子数Zm=26根管板厚度5=30mmB折流板数Nb=36上缺口高H^=36mm上缺口内管子数七广10ootB3.2.2有效传热面积F'=兀dZ(l-25-N5)=3.14x0.012x91(0.6-2x0.03-10x0.005)=1.68m2ootBbb3.3管外换热系数的计算3.3.1折流板的平均间距3.3.2横向流通面积Ac预估计单位面积的热流量q=6000Wm2，则所需传热面积为oA=Q=10000=1.67m2ofq60003.2.1管型选择取管子规格为410x0.8mm紫铜管，管子中心距13mm，管子按正三角形排列3.2.2确定每流程管数Zm、有效单管长l及流程数N取换热管的有效单管长为l=0.6m，则蒸发器的理论总管数为:

Z=土=——1.67——=89根兀dl兀x0.01x0.6有一定的富裕量，布置传热管数为Z'=102根Z'一取侧流程数N=4，则每流程平均管数为Z=—=20mN管子在水平方向有9排，各排管子数分别为为7、8、9、10、11、12、10、9、8、7根3.2.3传热管的布置排列及主体结构传热管按正三角形排列，管板相邻管间中心距为13mm，考虑到最靠近壳体的传热管与壳体的距离不应小于5mm，壳体内径D=166mm根据无缝钢管的规格，选用4180x7mm的无缝钢管i作为壳体材料。即D=180mm，D=166mm3.2.4折流板数目和间距的确定采用弓形折流板，折流板平均间距可用公式Sb=0.3D.,即Sb=0.3D.=0.3x180=54mm取折流板间距为40mm传热管长度1700折流板数目N=

br一j一、—1=—1=11折流板间距60折流板数目N=

b取折流板上缺口高H1=28mm上缺口内管子数n1=6折流板下缺口高气2=26mm下缺口内管子数七2=6邻近壳体直径处管排数的管数n=10c结构规划如下图所示:结构规划如下图所示:3.3关外换热系数的计算横向流通截面积为A=(D-nd)Sb=(129—10x12)x50x10—6=0.45x10—3m2故冷水在管外的横向流速为=0.95m『sq=0.95m『sA0.45x10-3折流板上、下缺口面积的折算系数由下式确定K=1arccos(.H1—2—b1—(_H1—2—b1(_H1—2—b1b4180[DI[Di){Di)计算得出应布置的有效传热管总长L=4*=__=44.32m/'-*■111，HI-J/>^VJ、八、、)——I•1—4X、Tx-xx-x1ndnx0.0123.2.3确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数N取管内制冷剂流速u=1m/s则每流程管数Z=4==崩00426=5.4根"2"^X0.012X144取整数Z=6根由L=lNZ，D=(1.15-1.25)s^NZ，式中s为相邻管中心距，S=(1.25〜1.30)d。，do为管外径对流程数N、总根数NZ、有效单管长I、壳内直径D和长径比l/q进行组合计算，组合结果如下表3-2所示表3-2组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳内直径D/mi长径比l/Di2123.74241.86361.28480.93.2干式蒸发器的设计根据高度紧凑的设计要求，必须选用高效管内蒸发换热管。目前行业应用的这类高效换热管以管外径为9.53mm、12.70mm和15.82mm等几种规格居多