热交换器原理与设计课程设计-50KW壳管式干式蒸发器.doc

目录1.设计题目：50KW管壳式干式蒸发器设计22.主要参数：23.设计过程23.1流量计算： 33.1.1单位质量制冷量：33.1.2质量流量 ：33.1.3冷媒水流量：33.2蒸发器结构初步规划33.2.1布管33.2.2选管43.2.3换热面积：53.3热力计算53.3.1管外换热系数的计算53.3.2管内换热系数的计算63.3.3制冷剂流动阻力及传热温度的计算73.3.4传热系数及按内表面计算的热流密度83.4R22及冷媒水进出口面积93.4.1R22进口面积93.4.2R22出口面积103.4.3冷媒水进出口面积103.5选垫片103.5.1垫片103.5.2垫片压紧力作用中心圆直径113.5.3垫片压紧力113.5.4垫片宽度校核113.6选螺栓与法兰123.6.1螺栓与法兰123.6.2螺栓载荷123.6.3螺栓面积123.6.4螺栓设计载荷133.7支座134.心得体会145.参考文献141. 设计题目：50KW管壳式干式蒸发器设计2. 主要参数：全套图纸加扣 30122505821. 换热器的换热量= 50 kW；2. 给定制冷剂 R22 ；3. 制冷剂温度2 40 34. 换热介质的进出口温度12，7 设计内容和要求：传热计算，换热面积的计算，换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程3. 设计过程图1 压焓图查表得：各点参数：状态点温度t()压力 P(MPa)焓h(KJ/Kg)比容v(/Kg) 120.52406 154090.038 24183401.5249.686420.52249.6860.0143.1 流量计算： 3.1.1 单位质量制冷量：3.1.2 质量流量 ：3.1.3 冷媒水流量：由冷媒水的平均温度，查（传热学附录9）得=999.75kg/ , =4.196kJ/kg3.2 蒸发器结构初步规划3.2.1 布管取制冷剂质量流速，选用管子外径12.7，平均内径11.7的微肋铜管（见参考文献2表43）单位面积质量流速为可得每根管内制冷剂流量每流程的平均管数22.93.2.2 选管选取四个流程则总管数=22.9x4=91.6,即取为92根据四均分点比容：相应选择各管程管数，各管程具体排管数比为：选拉杆数为4，（见参考文献3表2.7）换热管按正三角形排列，管子中心距16mm（见参考文献3表2.3），壳体直径附近铜管数=13根，布管限定圆的直径： =1316+12.7=220.7mm由（且不小于8mm，取8mm）（见参考文献32.3式） 得壳体内径，厚度为8.5mm的无缝钢管（见参考文献8GB/T 17395-2008）换热管长度与壳体直径之比通常为610(见参考文献3P54)且由推荐采用长度，取,弓形折流板间距且不小于50mm(见参考文献3P49)初取 ， 管板厚度=25(见参考文献3表2.4 P47)，折流板厚度=3(见参考文献3表2.6 P50) 管长：L=2+（-1）+2+3得折流板数则L取2410mm折流板上下缺口高度一般为壳体内径的2045（见参考文献3P48）经布管调整后得下缺口高度，管子数根，上缺口高度，管子数根。3.2.3 换热面积：蒸发器外表面积：=0.012791(2.41 -20.025)=8.564 有效传热面积：=0.012791(2.41-20.025-250.003)=8.2923.3 热力计算3.3.1 管外换热系数的计算 折流板的平均间距s S= 横向流通截面积（见参考文献1式（9-78） =()s=（0.2447130.0127）0.07325.8267 横向流速（见文献1公式(976)） 折流板上下缺口面积 （见参考文献1式（9-77） 表9-7）由折流板下缺口高度、上缺口高度 从表9-7查得=0.158，=0.158=0.158151/4=7.56=0.15810=8.20上下缺口面积的平均值=（+）=（7.568.20）7.88纵向流速 =m/s 与的几何平均值uu=0.352m/s管外换热系数由冷媒水的平均温度=()=(12+7)=9.5 ，查（查参考文献5附录9）得水的物性数据为=9.73,运动粘性系数=1.282，导热率=0.5765W/(), 则=3487.05管外换热系数：（见参考文献1式（9-57）=0.22=0.22=2824.66W/()3.3.2 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（此假定将在后面检验），则按公式（见参考文献1式（9-48），管内换热系数为 式中（查参考文献1表9-3求得） 3.3.3 制冷剂流动阻力及传热温度的计算 （1）制冷剂的流动阻力计算 R22饱和蒸汽的流速u（2） 确定雷诺数 蒸发器出口处的蒸发温=2,据此从物性表中查得R22的参数为：密度=22.57kg/ 普朗特数Pr=0.726 运动粘性系数=0.5352将上述数据代入雷诺数的计算式中，得 （3） 沿程阻力系数（4） 饱和蒸汽的沿程阻力，按（1 式9-83）计算 （5） 两相流动时R22的沿程阻力=0.719（查参考文献1表9-8 P236,采用线性插入法求得） （6） 总阻力（7） 对数平均温差在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R22的温度为：对数平均温差= 3.3.4 传热系数及按内表面计算的热流密度（1）传热系数管内侧与管外侧的污垢系数均取为，则传热系数为（见参考文献3式2.25 p58）其中管壁厚度0.5mm,为管材的导热系数380，为管子平均直径（2）按内表面计算的热流密度 用迭代法解得：=7208说明前面假定qi4000是正确的（3）传热系数的数值 W/m（4） 所需之传热面积F此值比初步规划的有效传热面积8.292约小9.19，因而初步规划中所定的尺寸有足够的裕量。3.4 R22及冷媒水进出口面积3.4.1 R22进口面积取R22进口流速，查1附表3得R22在时，由 得：根据无缝钢管尺寸规格(摘自GB/T17395-2008)选用的无缝钢管,实际流速为0.66m/s.3.4.2 R22出口面积取R22出口流速为, (见1附表4)由 得：根据无缝钢管尺寸规格 (摘自GB/T81621987)，选用的无缝钢管,实际流速为12.62m/s.符合文献1表103的要求3.4.3 冷媒水进出口面积取冷媒水进出口流速为由 得根据无缝钢管尺寸规格(摘自GB/T17395-2008)选用的无缝钢管,实际流速为1.47m/s.3.5 选垫片3.5.1 垫片选取石棉垫片，具有适当加固物（石棉橡胶板）,其参数如下：厚度为 1.5mm,垫片系数比压力，设计压力P=1.56MPa，（参考文献7 表9-2），垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度，其值可按经验确定，由经验值取（参考文献7）垫片接触宽度 和基本密封宽度因为所以垫片有效密封宽度 3.5.2 垫片压紧力作用中心圆直径取垫片内径为，垫片压紧力中心圆直径3.5.3 垫片压紧力a.预紧状态下需要的最小垫片压紧力按参考文献7式（9-1）计算： b.操作状态下需要的最小垫片压紧力按参考文献7 式（9-2）计算： 3.5.4 垫片宽度校核垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度，其中其值按文献7公式（7-3）校核 符合设计3.6 选螺栓与法兰3.6.1 螺栓与法兰根据国标GB/T 9119，螺栓外径选，材料选用35号钢，GB699,正火处理，数量n=12，螺栓孔径L=22,螺栓孔中心圆直径K=295。取法兰厚度，法兰内径B=222mm，法兰外径D=340mm。螺栓最大间距（参考文献7式9-3）由此，按照此条件的螺栓数目枚，螺栓数取12枚符合要求。3.6.2 螺栓载荷a. 预紧状态下需要的最小螺栓载荷按参考文献7 式9-4计算：b. 操作状态下需要的最小螺栓载荷按参考文献7 式9-5 计算：3.6.3 螺栓面积常温下35号钢的，安全系数参考文献7表9-2，即常温下许用应力，预紧状态下需要的最小螺栓面积按参考文献7式（9-6）计算： 操作状态下需要的最小螺栓面积按参考文献7 式（9-7）计算： 需要的螺栓面积参考文献7 Am取两者较大者1215.21mm 因为实际螺栓面积，故满足要求3.6.4 螺栓设计载荷 预紧状态螺栓设计载荷按参考文献7（9-8）计算： 操作状态螺栓设计载荷按参考文献7式（9-9）计算： 3.7 支座按按参考文献2表3-9查得支座的,支座在蒸发器中的位置可按下列要求确定：若蒸发器主体部分的长度（两管板外侧端面间的距离）为，壳体平均直径，支座厚钢板度中心处与管板外侧的距离为，则支座的位置应保证，且。取s=65mm。4. 心得体会 通过这次课程设计，我学到了很多东西，包括课内和课外的。首先，通过课程设计，我的专业知识得到了进一步的巩固，包括机械设计基础、工程制图、工程热力学、传热学、流体力学、制冷原理、换热器原理与设计等。这次课程设计的题目是换热器设计，可是真正要用到的东西却不仅仅局限于换热器原理与设计，而要用到我们所学过的各种专业知识，是一次综合性很强的课程设计。其次，这次课程设计还考验了我们的团队合作精神，以及严谨的工作态度、平和的心态。这次设计我们是分组进行的，所以，我们组员之间可以共同探讨，共同发现问题、解决问题。此外，这次设计的计算量很大，需要我们以严谨的科学态度去面对，更要求我们有耐心和恒心，因为对于这次设计来说，翻工重算是很正常的事情。最后，感谢学院给我们提供了这么一个学习的机会，让我们把所学的知识得以运用，感谢黄金老师给我们的耐心指导，让我们的设计得以顺利完成。5. 参考文献 1 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）M. 西安：西安交通大学出版社,1998.2 吴业正.小型制冷装置设计指导M.北京：机械工业出版社,19