壳管式干式蒸发器设计说明书

中原工学院能源与环境学院毕业论文（设计）

1?0.154?0.1782?21??3.14?0.009522

4?0.00338529m2

上、下缺口面积的平均值

Ab?1(Ab1?Ab2)?0.00338529m2 2纵向流速

vm2.39?10?3ub=?=0.7055m/s

Ab0.00338529uc与ub的几何平均值

u?ucub?0.6376?0.7055?0.6707m/s 冷冻水平均温度

11ts=(t1?t2)=?(7?12)?9.5?C 22据此温度查得水的物性数据为： 普朗特常熟 Pr 3f?9.7运动粘性系数 ??1.282?10?6m2/s 导热率 ??0.575W/(m??C) 则水的雷诺数

Ref?udo?=0.6707?0.00952=4980 ?61.282?10管外换热系数计算

?o=0.22?doRef0.6Prf0.33

=0.22?0.575?49800.6?9.730.33

0.00952=4654.71W（/m2?℃)

4.2 管内换热系数的计算

假定蒸发器按内表面计算的热流密度qi=9700W?m2（此假定将在后面检验），则管内换热系数

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表4-2-1 系数与蒸发温度的关系

t0(℃) -30 -10 +10 c×102 R11 0.57 0.82 1.04 0.2qi0.6?m?i=57.8c0.2

diR12 1.46 1.80 2.12 R22 1.64 2.02 2.54 R113 / / 0.69 R142 1.00 1.26 1.55 式中 di——换热管内径；

c ——系数，查表4-2-1可得；

?m——制冷剂质量流速。

本设计中制冷剂为R22，蒸发温度为2?C，故c取值0.02332。 则管内换热系数

qi0.6?t0.2?i=57.8c0.2

di97000.6?980.2=57.8?0.02332? 0.20.00852=2157.13W（/m2?℃)

4.3 制冷剂流动阻力及传热温差的计算

4.3.1 制冷剂的流动阻力计算 饱和制冷剂蒸气在t0?2℃时的比容

???=0.04427m3/kg 该状态下的密度

11==22.59kg/m3 ???0.04427???=饱和制冷剂蒸气的流速

u????t98==4.34m2/s ???22.59蒸发器出口处的蒸发温度t0?2℃，据此从物性表中查得R22制冷剂蒸气的物性参数如下：

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普朗特常熟 Pr???0.726

70m2/s 运动粘性系数 ????5.35?2?1则制冷剂蒸气的雷诺数

Re???u??di4.34?0.00852==69065 ?7???5.352?10沿程阻力系数

?=0.31640.3164==0.0195

(Re??)0.25(69065)0.25饱和蒸气的沿程阻力

l1?p1????ct???u??2

di2=0.0195?2?1.301??22.59?4.342?10?6

0.008522=0.001266MPa

??两相流动时制冷剂的沿程阻力?P2??=?R?P1，式中?R从表4-3-1中取值。

表4-3-1 两相流动时，R22阻力的换热系数与质量流速的关系

νm 40 0.53 60 0.587 80 0.632 100 0.67 150 0.75 200 0.82 300 0.98 400 1.2 ΨR 本设计中?R取值为0.6652。 故两相流动时制冷剂的沿程阻力

???P2??=?R?P1=0.6652?0.00127=0.000842MPa

总阻力

?P=5?P2??=5?0.000842=0.004211MPa

制冷剂侧的流动阻力小于小于0.01MPa是合理的，故本次设计压降在合

适的范围之内。

4.3.2 实际对数平均温差

在t0?2℃附近，压力每变化0.1MPa,饱和温度约变化5.5℃，因此蒸发器进口处制冷剂冷剂的温度为

to1?to?5.5?P0.004211=2+5.5?=2.23℃ 0.10.120

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实际对数平均温差

?tm?(t2?t01)?(t1?t0)(7?2.23)?(12?2)==7.06℃

(t2?t01)(7?2.23)lnln(12?2)(t1?t0)4.4 传热系数K0及按内表面计算的热流密度qi

4.4.1 传热系数K0 换热器总的传热系数

K0=1d?d1(??i)o?t(o)?(??o)?idi?tdm?o1

式中： ?t——铜管的壁厚，m，取值0.0005；

dm——铜管的均直径，m，取值0.00902；

/m?℃)，取值380。 ?t——铜管的导热系数，W（（m2?℃）/W，本设计中制冷剂流速较高，润滑?i——管内侧污垢系数，

油在高速下被带出，故管内污垢系数取值0；

（m2?℃）/W，取值8?10?5。 ?0——管外侧污垢系数，即水侧污垢系数，

则

Ko=1

10.009520.00050.009521(?0)???()?(?8?10?5)2157.130.008523800.009024654.71=1228.18W（/m2?℃)

由于上面换热系数计算过程是换热管为铜光管的计算过程，而本设计采用的换热管为内螺纹铜管，经实验得到采用内螺纹铜管时换热器总的换热系数约提高一倍。

故换热器实际的换热系数约为

Ko??=2Ko=2?1228.18=2456.36

/m2?℃)相符，故假定值合理。 该值与结构初步设计中假定的K?2400W（4.4.2 按内表面计算的实际热流密度

qi???do0.00952(Ko???tm)??(2654.36?7.06)?9694.5W?m2 di0.00852 21