套管式蒸发器的设计.doc

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1、1. 套管式蒸发器的设计1.1. 设计参数根据上面确定的设计条件，以及热泵热水机的试验工况17，可知，套管式蒸发器设计的相关参数，如表4.1所示。表4.1 蒸发器设计参数制冷量Q（KW）20蒸发温度（）10压缩机吸气温度（）15过热度（）5进口水初始温度（）20出口水终止温度（）15工质R22冷却介质水1.2. 设计热力计算1.2.1. 热源水流量的计算 采用名义制热量及进出口温差确定的水流量，由文献17可知，热泵热水机的试验工况。根据水的定性温度，由文献16查得，水的密度为=998.58 ，水的比热容为cp=4.185kJ/(kgK)。于是，热源水的流量。 体积流量 （4.1） 质量流量 （

2、4.2）1.2.2. 传热平均温差的计算由上面的设计参数，可知，蒸发器中流体的温度变化如图4.1所示。图4.1 蒸发器中流体的温度变化由文献20可知，对数平均温度计算公式为 （4.3）式中 进出口温差大者，；进出口温差小者，。于是，蒸发器的对数平均温差为 （4.4）1.2.3. 选管根据文献6，采用外螺纹管，选用低翅片7管序号3规格161.5，每米管长管外表面积，螺纹管增强系数，铜管导热系数，因其增强系数相比较大，有利换热使蒸发器结构紧凑8。 图2.1 外螺纹管结构图单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积： = （2.3）每米管长翅侧面积： = （2.4）每米管长翅间管面面积： = （

3、2.5）每米管长管外总面积： =+= （2.6） 每米管长管内面面积： = （2.7） 1.2.4. 传热计算1、水侧表面传热系数 热源水的流速为 （4.9）当量直径 （4.10）热源水进出口平均温度 ，由文献16，水的运动粘度。于是，可计算雷诺数 （4.11）故水在管内的流动状态为湍流。考虑将套管盘成曲率半径的螺旋盘管，盘管水侧换热修正系数为 （4.12） 由文献18可知，水侧表面换热系数的公式 （4.13）2、换热管管内换热系数的计算 假定蒸发器换热管管内按内表面计算的热流密度（此假定将在后面检验）。考虑将套管盘成曲率半径的螺旋盘管，盘管水侧换热修正系数 （4.14）由文献18可知，换热系

4、数公式计算 （4.15） 管内换热系数为 （4.16）式中 由文献21可知，系数； 换热管内径。 单位面积流量3、 传热系数及按内表面计算的热流密度 传热系数 由文献18可知，管内侧的污垢系数 ，管外侧的污垢系数。由文献18可知，传热系数的计算公式 （4.17）蒸发器的传热系数为（4.18）式中 为管壁厚度0.3；为管材的导热系数380；为管子平均直径。 按内表面计算的热流密度 （4.19） 用迭代法解得，说明前面假定是正确的。 传热系数的数值 （4.20）所需的传热面积 （4.21）管长 （4.22）4、阻力计算 由文献18可知，阻力计算相关公式 水的沿程阻力系数 （4.23）水的流动阻力为

5、 （4.24）其中，在后面的“4.3.1 蒸发器整体结构设计”可知。考虑到外部管路损失，热源水泵总压头约为 （4.25）1.3. 蒸发器结构设计及计算1.3.1. 蒸发器整体结构设计图4.3 套管式蒸发器整体结构图 蒸发器整体结构如图4.3所示的相似。蒸发器外管采用的无缝钢管。将套管成型为曲率半径和直管投影面像运动场螺旋盘管，则可计算得每一圈盘管的长度。 每一圈盘管的长度为 （4.26）所需套管的圈数： （4.27） 套管式蒸发器的进出口端面一般情况朝向同一方向，则圈数为3.5、4.5、5.5 另外，由文献18可知，蒸发器传热面积需要比较传热计算传热面积大10%-20%，才满足要求，所以满足要

6、求。 本次设计采用进出口端面一般情况朝向同一方向，则设计为3.5圈，并且进出口均向外延伸出0.3m的接管，则可计算出套管的实际换热管长和蒸发器的高度。 换热管实际长度为 （4.28） 由得，实际冷凝传热面积比传热计算传热面积大41.5%，可作为冷凝传热面积富裕量。每个蒸发器的高度为，则蒸发器的总高约为0.24mm。1.3.2. 蒸发器零部件设计1、热水进出口接管 蒸发器的连接管包括进气管、出液接管以及水的进出口接管。各连接管内径（按下式计算 （4.29） 有文献21管内径（单位为m）按下式计算 （4.30）式中 过热蒸气、冷凝液体或冷却水的体积流量，； 流速，。 由文献21可知，在进出口水接管

7、中，水的流速约为u=1m/s。热水的流量由上面可知，因为采用一个套管式蒸发器，于是热水进出口接管内径为 （4.30） 于是由热轧无缝钢管(YB231-70)的规格，选用，钢管的内径为。2、热泵工质进液接管 即分液前接管管径，其截面积大小应是换热管面积的总和，则进液管内径： （4.31） 于是，根据无缝铜水管、铜气管的外形尺寸及允许偏差，采用，即铜管的内径为。3、热泵工质出气接管 由文献18可知，氟利昂蒸汽在出气接管内的流速为815m/s,并且出气接管管径与压缩机的排气管管径相同。初取蒸汽在接管内流速为u1=12m/s，热泵工质出口的比热容为V1=0.04147m3/kg，热泵工质的质量流量。于是，热泵工质蒸气的体积流量为 （4.32） 则每根分出气接管的内径： （4.33） 于是，根据无缝铜水管、铜气管的外形尺寸及允许偏差，采用，即铜管的内径为。则实际工质蒸气气流速度为如下式计算得，则符合要求。 （4.34）word文档 可自由复制编辑