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t07 C，进口空气的干球温度为tai 21 C，湿球温度为tbi 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10mm 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 ® 25mm，沿 气流方向的管排数nL 4，迎面风速取Wf 3m/s。(2) 计算几何参数翅片为平直套片，考虑套片后的管外径

2、为dbdo2 f10 2 0.210.4mm沿气流方向的管间距为S2s1 cos30250.86621.65mm沿气流方向套片的长度为L 4s24 21.65 86.6mm设计结果为L 3s225 3 21.65 25 89.95mm每米管长翅片表面积：af 2 s s221000db4Sf225 21.653.1410.4 22.50.3651 m2 m每米管长翅片间管子表面积:abdb(Sff)Sf314 10.42.50.210002.50.03m2. m每米管长总外表面积:aof3f 3b0.3651 0.030.3951m2. m每米管长管面积:aidi3.14(0.010.0007

3、2)0.027 m2 m每米管长的外表面积:ab0db3.140.01040.03267 ml m肋化系数:竺啤14.63ai0.027每米管长平均直径的表面积:am d m3.14°.0104 °.00860.02983m2 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tftaita2221 13217 C空气在下17 C的物性参数f 1.215kg m3Cpf1005 kJ kg KPrf 0.7046vf 14.48 10 ms最窄截面处空气流速StSfWmaxWfSidb Sf325 込25 10.4 2.5 0.25.58m s干表面传热系数干表

4、面传热系数用小型制冷装置设计指导式（4-8）计算0.0014 0.2618Wmaxd 0Vf0.4aofabo0.150.00140.21685.58 0.01040.40.39510.150.007924f WmaxCpf2 30.007921.215 5.58 1005Pr0.70468.2W m2 k(4) 确定空气在蒸发器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h143.364kJ kg,h231.924kJ kg,d18.723g kg,d27.443g kg。在空气的焓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 1.0相交于点w,该点的参数是 hw 25 kJ

5、 kg,dw 6.6 g kg,tw 8 C。在蒸发器中空气的平均比焓值h1h2“43.364 31.924“ “ hmhw 12536.73kJ/kgm wh1 hwd 43.364 251n1w1nh2 hw31.924 25由焓湿图查得tm 16.2 C,d m 8g kg析湿系数2.46 五tmdw t w1 2.46 8 6-61.4216.2 8(5) 循环空气量的计算Q0qm,da3 360043.364 31.924944.06kg h进口状态下干空气的比体积RaT 1 °.0016d1Pb287.4273.1521 10.0016 8.7231013250.846m

6、3 kg循环空气的体积流量3qa qm,daM 944.06 0.846 798.67m /h(6) 空气侧当量表面传热系数的计算a f fab0af ab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-1,且B10.427 m ：, BA 0.31.27 2.4、10.32.55肋折合高度为0.35ln104 2.55 1 120.35 In 2.5510.7mm2 68.2 1.42236 0.2 10 364.°61m凝露工况下翅片效率为th(mh )mhth 64.06 10.7

7、 10364.06 10.7 10当量表面传热系数a f fab1.42 68.20.8683 0.3650.030.3951285.06W /(m K)(7) 管R22蒸发时的表面传热系数R22在t。7 C时的物性参数为：饱和液体密度l 1257.3kg m3饱和蒸气密度g26.43 kg. m3液体粘度l 202.2 10 6 Pa s气体粘度6 lg 11.815 10 Pa s汽化热0199.56 kJ kg液体热导率3l 13.2 10 3W/m K蒸气热导率g 9.93 10 3W/m K液体普朗特数Prl2.62蒸气普朗特数Prg0.92R22在管蒸发的表面传热系数由小型制冷装置

8、设计与指导式(4-5)计算。计算查的R22进入蒸发器时的干度 0.25，出口干度x2 1.0。则R22的总质量流量为qmQ0 36003 36000 X2 X1199.56 1 0.25作为迭代计算的初值，取qi 7200W m2 , R22在管的质量流速gi 160kg. m2 s。则总流通面积为A'qiqm72.161.25 10 4m23600160 3600每根管子的有效流通截面积2 2di 3.14 0.0086252Ai-5.810 m44蒸发器的分路数Ai1.25 10 45.8 10 52.16结合分液器的实际产品现状，取分路数为Z=2每一分路中R22的质量流量为gm

9、岁 72.1636.08 kg h每一分路中R22在管的实际质量流速为g m gi 3600Ai36.0853600 5.8 10 5172.8kg.于是C0B。0.80.5172.8 199.560.80.62542.1 100.51257.30.09634Frl2gil2gdi172.8 220.2241257.39.8 0.0086Relgix di172.81 0.6250.0086202.2 10 62756.080.023 Rel0.8 0.4|P"d0 80.0232756.08 . 2.620.4 0.09320.0086207.11il C1 C0C225FrlC5

10、C3 B04 F fl0 9207.11 1.1360.09634 . 250 30.224 .667.24 0.72.1 10 4 2.24050.35W m2 K(8)传热温差的初步计算ta1 ta2ta1t0Inta2t021 139.44 C,21 7 ln13 7(9)传热系数的计算管污垢热阻r可以忽略,接触热阻以及导热热阻之和取为r。0.0048Wm2 K10.3951iai0.00484050.35 0.02785.06q。k0 m 49.6 9.44468.2W m2aofq。 ai0.39510.027468.26851W m2计算表明，假设的qi7200W m2初值与核算的

11、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迎风面积Afqv,aWf798.673 360020.074m取蒸发器的宽度B 350mm，300mm。实际迎风面积为QoAi0qi3000720020.417m'Qo3000A6.408mqo468.2蒸发器所需传热管总长A06.408t16.21maof0.39512Af0.35 0.3 0.105m。已选定垂直于气流方向的管间距为25mm，故垂直于气流方向的每排管子数HS13002512It 0.35 4816.8m传热管的实际表面传热面积为Ai 48di 0.3548 3.14 0.0

12、086 0.420.454mAiA0.4540.4171.09IIt16.816.211.04下面计算蒸发器的实际外表面积48根0.35m长的管其翅片间管子表面积350248 3.14 0.01040.350.00020.505m2.5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。每一翅片（宽312.5mm，深约为90mm）总的外表面积220.3125 0.0948 3.14 0.010.0487m24总翅片数为 350 2.5 140 再加1为141片翅片的总外表面积141 0.0487

13、6.867m2套片管的总外表面积6.8670.5057.372m2根据“计算单元”计算的总外表面积只有2ftlt 0.3951 16.86.638m二者有一定差距，但是在误差围之。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 2390mm。（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（4-10和4-12）进行。首先计Atd0100025 101000算pt314 10 1000 2.125 10 1000ft由小型制冷装置设计与指导图（4-21 ）确定,Wmax d 0Vf5.58 0.0114.48 1063853.6PtPlS2S2do1.155 X 1 Pt21.65S1d025102.5由FT及Red查得ftz 0.4，于是0.4 4 石0.7621.3180.508 Red0.521S1d°0.5