【正文】 冷劑在換熱管的出口流速要大于 4m/s，此時制冷劑的質(zhì)量流速一般為 t=100? kg/ s?2（ m ）左右，質(zhì)量流速越大，制冷劑側(cè)和整體的換熱系數(shù)越高，該假定值后面會有校核）。 單管 程熱交換器的管程流通截面積 3tt0 .3 0A = = 3 .0 6 1 098tM? ???2m 單管程的管數(shù) 3t224A 4 3 .0 6 1 0n 5 3 .6 53 .1 4 0 .0 0 8 5 2id????? ? ??根 取整為 54 根。 為滿足熱計算所需的傳熱面積，每根管子的長度 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 15 2 . 8 9L = = 2 . 6 0n 3 . 1 4 0 . 0 0 8 5 2 5 4iFd?? ??m 已知管程數(shù)為 tc2? ， 則每一程的換熱管長 0L = = 022L?? m 總管數(shù) ttc n 2 54 108Z ? ? ? ?根 實際的制冷劑質(zhì)量流速為 t 22 0 4= = =97 .36 4 085 24 tiMd? ????2kg/ m ?（ s) 與假設值 t=98? kg/ s?2（ m ） 接近 ， 故假設值合理 。 結(jié)構(gòu)初步設計 管板厚度 B 30? ? mm 折流板數(shù) bN 19? 折流板直徑 bd 176? mm 折流板厚度 b 5?? mm 上缺口高 1H 45? mm 下缺口高 2H 45? mm 上缺口管數(shù) b1n 21? 根 下缺口管數(shù) b2n 21? 根 折流板間距 2s 55? mm 管板與第一個折流板間距 1s 95? mm 最后一個折流板距與換熱管管端間距 3s 90? mm 殼體直徑附近的管數(shù) din 12? 根 據(jù)作圖法得到殼體內(nèi)徑 sD 178? mm 實際管長 B 1 b 2 b b 3s + ( N 1 ) s + Nls??? ? ? 3 0 9 5 (1 9 1 ) 5 5 1 9 5 9 01000? ? ? ? ? ? ?? ? m 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 16 該值與初步計算的管長 相等，故初步設計合理。 實際參與換熱的管長 1 b 2 3s +( N 1) sls??? 9 5 (1 9 1 ) 5 5 9 01000? ? ? ?? ? m 實際有效傳熱面積 0 0 tF d Z =3 .14 095 2 108 75= 9l? ?? ? ? ?2m 以上結(jié)構(gòu)尺寸在后面結(jié)構(gòu)總體設計中均有校核 。 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 17 4 換熱器計算 殼程換熱系數(shù)計算 折流板的平均間距 1 2 3( 1 ) + s 8 5 ( 1 9 1 ) 5 5 + 1 0 0s = / 1 0 0 0 = 0 . 0 5 8 7 m1 1 9 1bbs N sN?? ? ? ?? ?? 橫向流通截面積 cs ( ) =( 78 12 095 2) 587 =0 .00 374 59coA D n d s? ? ? ?2m 橫向流速 3mc v 2 .3 9 1 0u = = 0 .6 3 7 60 .0 0 3 7 4 5 9cA??? m/s 折流板上、下缺口面積按下面兩個公式計算。計算時 bK 值取自表 411 中。 221 1 s 1 14b b b oA K D n d??? 222 2 s 2 14b b b oA K D n d??? 表 411 bK 的數(shù)值 H/Ds Kb 由于 12H / H / 44 / 78 5ssDD? ? ? 故 bK 取值為 b1 b2= = 折流板上缺口面積 221 1 s 1 14b b b oA K D n d??? 2210 .1 5 4 0 .1 7 8 2 1 3 .1 4 0 .0 0 9 5 24? ? ? ? ? ? ? 2m 折流板下缺口面積 222 2 s 2 14b b b oA K D n d??? 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 18 2210 .1 5 4 0 .1 7 8 2 1 3 .1 4 0 .0 0 9 5 24? ? ? ? ? ? ? 2m 上、下缺口面積的平均值 b 1 21 ( ) 0 . 0 0 3 3 8 5 2 92 bbA A A? ? ?2m 縱向流速 3mb v 2 . 3 9 1 0u = = 0 . 7 0 5 50 . 0 0 3 3 8 5 2 9bA??? m/s cu 與 bu 的幾何平均值 u 0 .6 3 7 6 0 .7 0 5 5 0 .6 7 0 7cbuu? ? ? ?m/s 冷凍水平均溫度 1211= ( ) = ( 7 1 2 ) 9 . 522st t t? ? ? ?C? 據(jù)此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)為： 普朗特常熟 fPr ? 運動粘性系數(shù) 10? ???2/ms 導熱率 ?? /( )W m C?? 則水的雷諾數(shù) 60 . 6 7 0 7 0 . 0 0 9 5 2R e = = 4 9 8 01 . 2 8 2 1 0of ud? ??? ? 管 外 換熱系數(shù)計算 0 .6 0 .3 3= 0 .2 2 R e Pro f fod?? 0 . 6 0 . 3 30 .5 7 5= 0 .2 2 4 9 8 0 9 .7 30 .0 0 9 5 2? ? ? = 2W/ m ?（ ℃ ) 管內(nèi)換熱系數(shù)的計算 假定蒸發(fā)器按內(nèi)表面計算的熱流密度 =9700iq 2Wm? （此假定將在后面檢驗），則管內(nèi)換熱系數(shù) 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 19 表 421 系數(shù)與蒸發(fā)溫度的關(guān)系 t0(℃ ) c 102 R11 R12 R22 R113 R142 30 / 10 / +10 i = imiqc d?? 式中 id —— 換熱管內(nèi)徑； c —— 系數(shù) ， 查表 421 可得； m? —— 制冷劑質(zhì)量流速。 本設計中制冷劑為 R22，蒸發(fā)溫度為 2 C? ， 故 c 取值 。 則管內(nèi)換熱系數(shù) i = i iqc d?? 0 . 6 0 . 2 7 0 0 9 8= 5 7 . 8 0 . 0 2 3 3 2 0 . 0 0 8 5 2??? = 2W/ m ?（ ℃ ) 制冷劑流動阻力及傳熱溫差的計算 制冷劑的流動阻力計算 飽和制冷劑蒸氣在 0t2? ℃ 時 的比容 =??? 3m/kg 該狀態(tài)下的密度 11= = = 2 2 .5 90 .0 4 4 2 7? ??? ?? 3kg/m 飽和制冷劑蒸氣的流速 t 98= = 4 .3 42 2 .5 9u ???? ? ?? 2/ms 蒸發(fā)器出口處的蒸發(fā)溫度 0t2? ℃ ，據(jù)此從物性表中查得 R22 制冷劑蒸氣的物性參數(shù)如下： 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 20 普朗特常熟 Pr ??? 運動粘性系數(shù) 75. 35 2 10? ??? ??2/ms 則制冷劑蒸氣的雷諾數(shù) i 74 .3 4 0 .0 0 8 5 2R e = = 6 9 0 6 55 .3 5 2 1 0ud? ??? ??? ? ?? ? 沿程阻力系數(shù) 0 . 2 5 0 . 2 50 . 3 1 6 4 0 . 3 1 6 4= = = 0 . 0 1 9 5( R e ) ( 6 9 0 6 5 )? ?? 飽和蒸氣的沿程阻力 21t 1c 2ilpud???? ?? ???? 261 . 3 0 1= 0 . 0 1 9 5 2 2 2 . 5 9 4 . 3 4 1 00 . 0 0 8 5 2 2 ?? ? ? ? ? ? = aMP 兩相流動時制冷劑的沿程阻力 21= RPP??? ????， 式中 R? 從表 431 中取值 。 表 431 兩相流動時， R22 阻力的換熱系數(shù)與質(zhì)量流速的關(guān)系 ν m 40 60 80 100 150 200 300 400 Ψ R 本設計中 R? 取值為 。 故 兩相流動時制冷劑的沿程阻力 21= = 0 .6 6 5 2 0 .0 0 1 2 7 = 0 .0 0 0 8 4 2RPP??? ??? ? ?aMP 總阻力 2= 5 = 5 0 .0 0 0 8 4 2 = 0 .0 0 4 2 1 1PP ??? ? ? aMP 制冷劑側(cè)的流動阻力小于 小于 aMP 是合理的 ， 故本次設計壓降在合適的范圍之內(nèi) 。 實際 對數(shù)平均溫差 在 0t2? ℃ 附近，壓力每變化 ,飽和溫度約變化 ℃，因此蒸發(fā)器進口處制冷劑冷劑的溫度為 1 0 . 0 0 4 2 1 15 . 5 = 2 + 5 . 5 = 2 . 2 30 . 1 0 . 1oo Ptt ?? ? ?℃ 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 21 實際對數(shù)平均溫差 2 01 1 02 0110( ) ( ) ( 7 2. 23 ) ( 12 2)= = 7. 06( ) ( 7 2. 23 )lnln ( 12 2)()mt t t tt tttt? ? ? ? ? ??? ????℃ 傳熱系數(shù) 0K 及按內(nèi)表面計算的熱流密度 iq 傳熱系數(shù) 0K 換熱器總的傳熱系數(shù) 0 tt1= 11( ) ( ) ( )ooioi i m oK dd???? ? ?? ? ? ? 式中 ： t? —— 銅管的壁厚， m ， 取值 ； md —— 銅管的均直徑， m ， 取值 ； t? —— 銅管的導熱系數(shù)， W/ m?（ ℃ ) ， 取值 380。 i? —— 管內(nèi)側(cè)污垢系數(shù)， m2 W?（ ℃ ） / ，本設計中制冷劑流速較高，潤滑油在高速下被帶出，故管內(nèi)污垢系數(shù) 取值 0； 0? —— 管外側(cè)污垢系數(shù)，即水側(cè)污垢系數(shù)， 2mW?（ ℃ ） / ， 取值 58 10?? 。 則 o 51K= 1 952 05 952 1( 0) ( ) ( 8 10 )215 852 380 902 465 ?? ? ? ? ? ? ? = 2W/ m ?（ ℃ ) 由于上面換熱系數(shù)計算過程是 換熱管 為銅光管的計算過程 ， 而本設計采用的換熱管為內(nèi)螺紋銅管 ，經(jīng)實驗得到 采用內(nèi)螺紋銅管時換熱器總的換熱系數(shù)約提高一倍。 故 換熱器實際的換熱系數(shù)約為 ooK = 2 K = 2 1 2 2 8 .1 8 = 2 4 5 6 .3 6?? ? 該值與結(jié)構(gòu)初步設計 中假定的 K 2400? 2W/ m ?（ ℃ ) 相符，故假定值合理。 按內(nèi)表面計算的實際熱流密度 io 0 . 0 0 9 5 2( K ) ( 2 6 5 4 . 3 6 7 . 0 6 ) 9 6 9 4 . 50 . 0 0 8 5 2o midqtd?? ??? ? ? ? ? ?2Wm? 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 22 該值與假定值 =9700iq 2Wm? 相近 ， 故假定值合理 。 所需傳熱面積 35 0 1 0= = 2 . 8 82 4 5 6 . 3 6 7 . 0 6OO OmQF Kt ??? ? ??? ?2m 前已述及，初步規(guī)劃的 實際 有效傳熱面積為 0F= 2m 。 3 .7 9 2 .8 8= = 3 0 %2 .8 8OOOFFF??? ??? 說明 換熱面積滿足要求 ， 并且有 30%左右的余量。 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 23 5 總體結(jié)構(gòu)設計 換熱管設計 （ 1）管程分程 換熱器的換熱面積較大而管子又不是很長時，就得排列較多的管子。為了提高流體在管內(nèi)的流速，增大管內(nèi)傳熱系數(shù)，就必須將管束分程，分程可采用不同的組合方 法，但是每程中的管數(shù)應該大致相同，分程隔板應該盡量簡單，密封長度應短。管程數(shù)一般有 12 等七種。偶數(shù)管程的換熱器無論對制造、檢修或是操作都比較方便，所以使用最多。除單程外，奇數(shù)管程一般少用，程數(shù)不能分的太多，不然隔板要占去相當大的布管面積。 本換熱器類型為 U 型管式換熱器， 因為 U 型管換熱器的管路進出口是對稱的，故取對稱兩程。 （ 2）換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 本設計 換熱管選用 江蘇高新張銅股份有限公司生產(chǎn)的 規(guī)格的內(nèi)螺紋 銅管 ，計算時 按照 規(guī)格 的光管計 算 。 具體規(guī)格參數(shù)見表 511。 表 511 內(nèi)螺紋管 規(guī) 生產(chǎn) 規(guī)格 （ 3）換熱管的排列型式 中原工學院能源與環(huán)境學院 畢業(yè)論文 （設計） 24 換熱管的排列型