蒸发器课程设计

1、最新资料推荐课 程 设 计 说 明 书设计题目：蒸发器工艺设计能源与动力工程学院热能与动力专业学生姓名学号：指导教师：完成时间: 2008 年 11 月 2华 中科 技大 学1最新资料推荐主 要 设 计 及 说 明主要结果（一）设计目标设计一个蒸发器。（二）设计条件 ：室外侧进风温度：35 o C冷凝温度：50 oC过冷度：5 oC室内侧进风干球温度：27 o C湿球温度：19.5o C蒸发温度：7 oC过热度：5 oC压缩机指示效率：0.75制冷剂：R134a制冷量：6000W（三）确定设计方案1蒸发器类型选择：采用冷却强制流动空气的干式蒸发器。2选定蒸发器的结构参数：选用10mm0.7mm

2、 的紫铜管， 翅片选用 f =0.2mm 的铝套片，翅片间距 sf =2.2mm 。管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向间距S1=25mm ，沿流动方向管排数nL =4，迎风面风速w f =2.5。（四）确定物性数据：1、确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程：由给定的进风参数查h-d 图，得：2最新资料推荐h1 =55.2kJ/kgd1 =10.95g/kg根据风量选择原则取设计风量为：Va0.86Q00.250.8660000.25m3 / h1290m3 / h（1）进口湿空气的比体积v1 ：v1RaT1 (1 0.0016d1) / pB287.4 300 (10.0016 10.95

3、) /101320m3 / h0.866m3 / h（2）空气的质量流量Ga：GaVa / v11290 / 0.866kg / h1489.6 kg / h（3）进出口空气比焓差h ：hQ0 / Ga63600 /1489.6kJ / kg14.5kJ / kg（4）出口空气的比焓h2 ：h2h1h(55.214.5)kJ / kg40.7kJ / kg3最新资料推荐设取传热管壁面温度tw =12.5， dw 9g / kg查得 hw 35kJ / kg 。（取w100% ）得空气处理过程的饱和状态点 w，连接 1-w 与 h 2 线相交与2 点，得到蒸发器出口空气状态干球温度 t 216

4、C ,d 29.6 g / kg 。（5）蒸发器中空气的平均比焓hm ：h1h255.240.7hm hwhh(3555.235 )kJ / kg 46.4kJ / kgln1wln35h2hw40.7则 hw 线与 1-w 线相交于 m点，同时查得空气的平均状态参数为：tm20.2 Cdm10.1g / kgm 15.7 10 6 m2 / sm 1.1966kg / m3Pr0.70262、 R134a 在 7时的物性为：4最新资料推荐cplcpglgrpslglgPrlPrg13.6kJ / (kggK )0.91kJ / ( kggK )31388kg / m316.67kg / m0

5、.3MPa10 10 3 N / m250 10 6 Pags11.410 6 Pags93 10 3 W / (mgK )12.5 10 3W / (mgK )3.80.8主 要 设 计 及 说 明主要结果5最新资料推荐（五）具体计算过程查 R134a 的 lgp-h 图，得：t 07 C , h0401.23kJ / kgt112 C , h1406.12kJ / kgt 2s58.413 C , h2s 432.89 kJ / kgt 2v50 C ,h2v422.48 kJ / kgt350 C , h3268.78kJ / kgh4h5 263.89 kJ / kg1、 计算几何参数

6、翅片为平直翅片，考虑套片后的管外径为：dbD02f(1020.2)mm10.4mm主 要 设 计 及 说 明主要结果6最新资料推荐以图示的计算单元为基准进行计算，沿气流流动方向的管间距为： s2s1 cos3025 0.866mm 21.65mm沿气流方向套片的长度为：L4s24 21.65mm86.6 mm每米管长翅片的外表面积为：af2( s sd2 / 4) /1000 sf12b2(25 21.653.141610.4 2 / 4) / (1000 2.2)m2 / m0.4148m2 / m每米管长翅片间的管子表面积为：abdb (sff ) /1000 sf3.141610.4(2

7、.2 0.2) / (10002.2)m2 / m0.0297 m2 / m每米管长的总外表面积为：aofa fab(0.41480.0297)m2/ m 0.4445m2 / m每米管长的外表面积为：abodb10.01041m2 / m0.03267m2 / m每米管长的内表面积为：aidi1(0.0120.0007)1m2 / m0.02702m2 / m每米管长平均直径处的表面积为：amdm1( 0.01040.0086 ) 1m2 / m20.029845m2 / m肋化系数：aof / abo0.4445 / 0.03267 13.606当量直径：主 要 设 计 及 说 明主要结果

8、7最新资料推荐2、 计算空气侧干表面传热系数：（1）最窄截面处空气流速：wmaxw f /2 / 0.5309m / s3.76m / s（2）干表面传热系数根据 Mcquistion提出的用于计算 4排叉排管束平均表面传热系数的关联式：40.0014 0.2618(wmax db ) 0.40.15m0.0014 0.2618(3.760.01046) 0.4 (13.606) 0.1515.7100.009284mwmax cpm0.00928 1.1966 4.7 100520(Pr)2/3(0.7026)2/3W / ( m gK )66.40W / ( m2 gK )3、 空气侧当量

9、表面传热系数的计算：（1）析湿系数12.46 dmdw1 2.46 10.1 91.35tmtw20.2 12.5（2）肋片效率对于正三角形叉排排列的平直套片管束，翅片效率f 可由式f tanh(mh ) / (mh ) 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/B=1 ， 且mB / db25 /10.4故 1.27mA0.31.27 251 0.3 2.554B10.4主 要 设 计 及 说 明主要结果8最新资料推荐肋片折合高度为：h db ( 1)(1 0.35ln )210.4 (2.5541)(1 0.35ln 2.554)mm210.733mmm202

10、 66.401.35 m 161.49m 1ff237 0.210 3故在凝露工况下的翅片效率为：f tanh(mh) / (mh)tanh(61.49 0.010733)/ (61.490.010733)0.8763（3）当量表面传热系数为：f a fabj0 ()a fab1.3566.40( 0.8763 0.4148 0.0297 )W / ( m2 / K )0.41480.029779.22W / ( m2 / K )主 要 设 计 及 说 明主要结果9最新资料推荐4、 管内 R134a 蒸发时表面传热系数的计算已知 R134a 的单位制冷量 qom h0h5138.34 kJ /

11、 kg则 r134a的总质量流量为qmQ0 / qom63600 /138.34 kg / h156.14kg / h作为迭代计算的初值，取qi12000W/ m2 ，考虑到 R134a 的阻力比相同条件下R12 要大，故取 R134a 在管内的质量流速gi 100kg / (m2 gs)则总流通截面为：Aqm / ( gi 3600)156.14/ (100 3600)m24.3372 10 4 m2每根管子的有效流通截面为：Aidi2 / 4(0.0086) 2/ 4m25.810 5 m2蒸发器的分路数：ZA / Ai4.337410 4/ 5.8 10 57.48取 Z=8 ，则每一分

12、路中R134a 的质量流量为qm, dqm / Z156.14 / 8kg / h19.518kg / h每一分路中 R134a 在管内的实际质量流量为：giqm,d19.518223600 Ai36005.8 105 kg / (m gs)93.48kg / ( m gs)根据凯特里卡的通用关联式：B0qi/ (gi r )12 / (100194)6.185 10 4x1x2q0 / r1138.34 /1940.2869x( x1x2 ) / 2(0.28691) / 20.6435C01x0.8(g)0.510.6435 0.816.67)0.5()(0.6435)(xl13880.0

13、6833主 要 设 计 及 说 明主要结果10最新资料推荐gi (1 x)di93.48(1 0.6435)0.00861146.4Rel250 10 6ll 0.023(Rel )0.8 (Prl )0.4 l / di0.023(1146.4)0.8 (3.8)0.4 0.0933/ 0.0086119.26对于 R134a，C00.06833 0.65,C11.1360,C20.9,C3667.2C40.7,C50.3, Ffl1.63il C1(C0 )C2 (25Frl )C5C3 ( B0 )C4 F fl 119.261.136(0.06833)0.9 (250.05382)0.

14、3667.2(6.18510 4 )0.71.63W / ( m2 gK )2393.25W / (m2 gK )5、 传热温差的初步计算：暂先不计R134a 的阻力对蒸发温度的影响则有：ta1ta 22716m tat0277 C 13.8 Cln1lnta2t01676、 传热系数的计算K 01atat1rwrsi atamrtj由于 R134a 与聚酯油能互溶，故管内污垢热阻可忽略，据文献介绍翅片侧污垢热阻、管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和（ rwrsat r ）可取为 4.83 ( m2 gK ) / W ，故am主 要 设 计 及 说 明主要结果11最新资料推荐7、 核算假设的

15、qi 的值q039.4813.8 544.824W / m2K 0 mqiat q00.4445544.824W / m2ai0.027028962.8W / m2与 假 设 的 初 值 qi12000W / m2 不 符 ， 重 设 qi 初 值 为9000W / m2 。重复上述步骤，得i 2259.03W / (m2 gK )K 040.49W / (m2 gK )重新核算假设的qi 值q040.4913.8558.76W / m2K 0 mqiat q00.4445558.76W / m2ai0.027029192.1W / m2计算表明，假设的qi初值9000 W / m2与核算值9

16、192.1W / m2较接近，偏差小于2.5% ，故假设有效。8、 蒸发器结构尺寸的确定蒸发器所需的表面传热面积AiQ0 / qi6000/ 9000m20.67m2AoQ0 / qo6000/ 558.76m210.74m2蒸发器所需传热管总长ltAo / at10.74 / 0.444524.15m迎风面积主 要 设 计 及 说 明主要结果12最新资料推荐Afqv,a12900.1791m2wf2 3600取蒸发器宽B=900mm ，高 H=200mm ，则实际迎风面积为Af0.9 0.2m20.18m2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为n1H /

17、 s1200 / 258深度方向（沿气流流动方向）为4 排，共布置 32 根传热管，传热管的实际总长度为l t0.984m 28.8m传热管的实际内表传热面积为Ai8di 0.9320.00860.9m20.778m2Ai / Ai0.778/ 0.671.1614又288.8/ 24.151.1925lt / lt说明计算约有19%的裕度。上面的计算没有考虑制冷剂蒸气出口过热度的影响， 当蒸气在管内被过热时，过热段的局部表面传热系数很低，即使过热温度不高，过热所需增加的换热面积仍可高达10%20% 。32 根 0.9m 长 的 管 ， 其 翅 片 间 的 管 子 表 面 积 为32900m2

18、0.855m22.2每一片翅片（宽215mm，深 86.6mm ）的总外表面积为2 0.215 0.0866 32 3.14162m20.03221m24409 片翅片的总外表面积为4090.0322113.17m232 根 0.9m 长套片管的总外表面积为13.170.85514.029m2主 要 设 计 及 说 明主要结果13最新资料推荐9、 （R134a 的流动阻力及其对传热温差的影响鸟越邦和等的试验表明， 在其他条件相同的情况下， R134a 在管内的流动阻力比 R12 要高出 10%。R12 在管内蒸发时的流动阻力为pR12 5.9865qi0.91l / digi5.98659000 93.480.910.94KPa0.0086故 pR134apR12 1.16.18 KPa6.79 KPa由于在蒸发温度 7时 R134a 的饱和压力约为 300KPa，故流动阻力损失仅占饱和压力的 2%，因此流动阻力引起蒸发温度的变化可以忽略不计。10、空气侧的阻力计算At / ActDo / (2510)3.141610 /152.1Redwmax Do /f3.760.01/ (15.76 )2395PT / PLs1 / s21/ cos30o1.155X=1.0PTs1 / Do25/102.5由 PT 及 Red 查得 ftz0.4 ，于是ftft