蒸发器的设计计算

1、蒸发器设计计算已知条件：工质为 R22，制冷量 3kW ，蒸发温度 t0 7 C ，进口空气的干球温度为 ta1 21 C ，湿球温度为 tb1 15.5 C ，相对湿度为 56.34 ；出口空气 的干球温度为 ta2 13 C ，湿球温度为 tb2 11.1 C ，相对湿度为 80 ；当地 大气压力 Pb 101325Pa 。（ 1）蒸发器结构参数选择选用 10 mm 0.7mm 紫铜管，翅片厚度 f 0.2mm的铝套片，肋片间距sf 2.5mm ，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向管间距 s1 25mm，沿气流方向的管排数 nL 4，迎面风速取 wf 3m/ s（2）计算几何参数 翅片

2、为平直套片，考虑套片后的管外径为d b d o 2 f 10 2 0.2 10 .4mm 沿气流方向的管间距为s2 s1 cos30 25 0.866 21.65mm 沿气流方向套片的长度为L 4s2 4 21.65 86.6mm设计结果为 L 3s2 每米管长翅片表面积：2 1000a f 2 s1 s2db4s f2 25 21 .6525 3 21.65 25 89.95mm3.142 100010.4 242.50.3651m 2 m每米管长翅片间管子表面积：db （sf f ）absf3.14 10.4 2.5 0.210002.50. 03m2 m每米管长总外表面积：aof a f

3、 ab 0.3651 0.03 0.3951m2 m 每米管长管内面积：aidi 3.14 (0.01 0.0007 2) 0.027 m2 m每米管长的外表面积：ab0 db 3.14 0.0104 0.03267 m2 m肋化系数：aofai0.39510.02714.63每米管长平均直径的表面积：am dm 3.14 0.0104 0.0086 0.02983 m2 m(3) 计算空气侧的干表面传热系数空气的物性 空气的平均温度为tf ta1 2ta2 21213 17 C空气在下 17 C 的物性参数1.215kg m3c pf1005 kJ kg KPrf0.704vf614.48

4、10 6 m s最窄截面处空气流速sfs1wmaxw fs1db s f f252.525 10.4 2.5 0.25.58 m s干表面传热系数 干表面传热系数用小型制冷装置设计指导式 (4-8)计算0.4 0.154 0.0014 0.2618 wmaxd 0aofabovf0.0014 0.21685.58 0.01040.40.39510.15614.48 10 6 0.032670.007924 f wmax c pf0.00792 1.215 5.58 1005Pr230.7042368.2W m2 k（4）确定空气在蒸发器内的变化过程 根据给定的进出口温度由湿空气的焓湿图可得。在

5、空气的焓1.0 相交于点h1 43.364kJ kg, h2 31.924 kJ kg,d1 8.723g kg,d2 7.443g kg湿图上连接空气的进出口状态点 1和点 2，并延长与饱和气线w，该点的参数是 hw 25kJ kg,dw 6.6g kg,tw 8 C 。 在蒸发器中空气的平均比焓值hmhwh1 h2h1 hw1nh2 hw43.364 31.92443.364 25 1n31.924 2536.73kJ / kg由焓湿图查得 tm 16.2 C,d m 8g kg析湿系数2.46dtmmdw tw1 2.46 8 6.6 1.4216.2 8（5）循环空气量的计算944.0

6、6 kg hqQ03 3600q m ,dam,da h1 h2 43.364 31.924进口状态下干空气的比体积v1RaT1 1 0.0016d1Pb8.723287.4 273.15 21 1 0.00161013250.846 m3 kg循环空气的体积流量3qv,a qm,dav1 944.06 0.846 798.67m3 / h6）空气侧当量表面传热系数的计算a f fab0a fab对于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率 f 小型制冷装置设计指导式4-13）计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比 A 1, 且 m BBm d b2510.42.41

7、.27 m BA 0.31.27 2.4 10.32.55肋折合高度为hdb21 1 0.35ln10.422.55 1 1 0.35ln 2.55 10.7mm2 68.2 1.42 f f 236 0.2 10 364.06 1 m凝露工况下翅片效率为th(mh) th 64.06 10.7 10 fmh64.06 10.710 30.8683当量表面传热系数a f f ab0a fab1.4268.20.8683 0.3650.39510.03285.06W /(m2 K )7）管内R22蒸发时的表面传热系数R22在t07 C 时的物性参数为：饱和液体密度l1257.3kg m3饱和蒸气

8、密度g26.43kg m3液体粘度l202.2 10 6 Pas气体粘度611.815 10 6 Pa s汽化热 0 199.56 kJ kg液体热导率l 13.2 10 3W / m K蒸气热导率9.93 10 3W /m K液体普朗特数Prl 2.62蒸气普朗特数Prg 0.92R22 在管内蒸发的表面传热系数由小型制冷装置设计与指导式（ 4-5）计算。计 算查的 R22进入蒸发器时的干度 x1 0.25，出口干度 x2 1.0 。则 R22的总质量 流量为qmQ0 36000 x 2 x13 3600199.56 1 0 .2572.16 kg h作为迭代计算的初值，取 qi 7200

9、W m2 ，R22在管内的质量流速gi' 160 kg m2 s 。则总流通面积为qmA ' m 72.16 1.25 10 qi' 3600 160 360042m每根管子的有效流通截面积22di2 3.14 0.0086 2 5Aii 5.8 10 54蒸发器的分路数Z A 1.25 1054 2.16Ai5.8 10 5结合分液器的实际产品现状，取分路数为每一分路中 R22 的质量流量为Z=2gm qZm 722.16 36.08kg h每一分路中 R22 在管内的实际质量流速为gi36.08 5 172.8 kg m2 si 3600 Ai3600 5.8 10

10、 5gm于是B0qi7.2gir172.8 199.562.1 10C00.80.51 0.6250.826.430.50.6251257.30.09634Frl2gil2gdi2172.8 221257.3 2 9.8 0.00860.224Relgi 1 x d i172.8 1 0.6250.008610 62756.080.0230.8RelPrl 0.4 ldi0.80.4 0.09320.0232756.080.8 2.620.0086207.11l C1c2C025Frl c5C 3 B0c 4 Ffl0.90.34 0.7207.111.1360.096340.9 250.22

11、4 0.3667.22.1 10 4 2.2202.2l4050.35W m 2 K8）传热温差的初步计算ta1 t a221 13t a1 t 0 lnt a2 t 0ln 21 79.44 C13 79）传热系数的计算管内污垢热阻 ri 可以忽略，接触热阻以及导热热阻之和取为r0 0.0048W m 2 Kk0aofi air00.39514050.35 0.0270.0048185.0649.6W m2 K10）核算假设的 qi 值qo k 0 m 49.6 9.44 468.2 W m2qiaofqo0.3951ai0.027468.26851W m2计算表明，假设的 qi 7200W

12、 m2 初值与核算的值 6851W m2 较接近，故假设有 效，可用。（11）蒸发器结构尺寸的确定 蒸发器所需的表面传热面积Ai'Q0qi3000 20.417m27200A0'Q0qo3000 6.408m2468.2蒸发器所需传热管总长l 'A0lta of6.40816.21m0.3951迎风面积qv,a798.67 2A f 0.074m2 w f3 3600取蒸发器的宽度 B 350mm ，高 H 300mm。实际迎风面积为2Af 0.35 0.3 0.105m2 。已选定垂直于气流方向的管间距为 s125mm，故垂直于气流方向的每排管子数n1 H 300 1

13、2 s125深度方向为 4 排，共布置 48 根传热管，故传热管的实际总长为20.42 0.454m20.454 1.09Ai'0.417lt16.8lt'16.21AiAi1.04l t 0.35 48 16.8m传热管的实际内表面传热面积为48di 0.35 48 3.14 0.008648 3.14 0.0104 0.35 350 0.00022.520.505m248 根0.35m长的管其翅片间管子表面积管子左右两边都要伸出一定距离，分别取为 10mm ，3mm ；U 型管需要用弯头相 接，取弯头半径为 R 12.5mm 。由于管径很小，伸出部分换热可以忽略不计。 每一

14、翅片（宽 312.5mm ，深约为 90mm）总的外表面积2 0.3125 0.09483.14 0.012 0.0487m2总翅片数为 350 翅片的总外表面积2.5140 再加 1 为 141 片141 0.0487 6.867m 2套片管的总外表面积6.867 0.505 7.372m 2根据“计算单元”计算的总外表面积只有ftl t 0.3951 16.8 6.638m24-10和 4-12）进行。首先计二者有一定差距，但是在误差范围之内。 综上分析设计，可以定出翅片结构参数如下：高度为 312.5mm ，深度为 21.65 3 25 89.95mm ，宽度为 350 20 2 390mm。 （12）空气侧阻力计算 空气侧阻力计算根据小型制冷装置设计与指导式（算 ptd01000AtAc ,t25 10 10003.14 10 1000 2.125 10 1000ft 由小型制冷装置设计与指导图（ 4-21）确定，Redwmax d 0vf5.58 0.016 3853.614.48 10 6PTPLs1d0s2d025 s2 21.65s11.155 x 1 PTs1d01205 2.5由 PT 及 Red查得查得 f tz 0.4 ，于是Ac,t tz NAAct,t0.44 1 0.7622.11.3180. 521f 0.508 Re ds1