蒸发器的确定

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1、蒸发器的确定1. 蒸发器的结构形式1.1 蒸发器的分类 蒸发器在制冷系统中是产生冷效应的低压换热器，它在制冷系统中的作用是对外 输出冷量。根据被冷却介质的不同，蒸发器分为两种主要类型：一种是冷却液体载冷剂或液 体工艺产品的蒸发器；另外一种是冷却空气或者其他气体的蒸发器。按制冷剂在蒸发器内的充满程度及蒸发情况可分为干式蒸发器、再循环式蒸发 器、满液式蒸发器。干式和在再环式蒸发器中，制冷剂在管内进行沸腾换热，而 满液式蒸发器中，制冷剂在管间的大空间沸腾。1.2 常用蒸发器1.2.1 满液式蒸发器 在这类蒸发器中，壳体与管子间都充满制冷剂液体，满液式蒸发器的结构型式有 立式列管式、立式螺管式、卧式壳

2、管式等。满液式卧式蒸发器结构紧凑，操作方便。由于充满了液态制冷剂，受热沸腾产生 的气态制冷剂直接从液体中分离出来，使传热面与液体制冷剂充分接触，传热系 数 K 值较高。1.2.2 干式蒸发器 制冷剂在管内一次完全汽化的蒸发器，主要有用于冷却液体的干式壳管式蒸发器 和板式换热器，以及形式多样的冷却空气的蒸发器。1.2.2.1 干式壳管式蒸发器 干式壳管式蒸发器用于对液体的冷却，按管组的排列方式又可分为直列式和 U 型管式两种，直列式是制冷剂在管内流动沸腾，载冷剂在管外流动。制冷剂从一 端进入，经过一次或多次往返汽化后，产生蒸汽从另一端出去。U型管干式蒸发 器的壳体、折流板以及载冷剂在壳测的流动方

3、式与直管式干式蒸发器向东，两种 的不同之处在与U型管式室友许多不同弯曲的U型管组成。1.2.2.2 板式换热器 板式换热器是近几十年得到发展和广泛应用的新型高效、紧凑的换热器，他由一 系列相互平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。1.2.2.3 冷却空气型干式蒸发器 冷却空气的蒸发器广泛用于冰箱、冷藏柜、空调器及冷藏库中。此类蒸发器多做 成蛇形管式，制冷剂在管内流动沸腾，空气在管外流过而冷却。1.2.3 再循环式蒸发器 再循环式蒸发器中制冷剂需经过几次循环才能完全汽化。由蒸发管出来的两相混 合物进入气液分离器，分离出来的蒸气被吸入压缩机内，液体再次进入蒸发管中 沸腾。2. 蒸发器的选用 本实验

4、台选用“直列式干式壳管式蒸发器”采用这种蒸发器的优点有，对于冷却 水的干式蒸发器，蒸发温度在01附近式，不致发生冻结试过，而且载冷剂在管外，冷 量损失少；可以使用热力膨胀阀供液，比使用浮球阀简单可靠；减少测试系统的质量和体积。3. 蒸发器负荷确定和结构设计已知谷轮ZR28K3-TFD-522涡轮制冷压缩机，在ARI工况下的输入功率为2.15kw， 制冷量为6910w，在ARI工况下，压缩机吸气7.2C，排气54.4C，平均蒸发温度4.5C，冷凝温度37.2；冷冻水进出温度为6.7C/12.3C，冷却水进出口 温度为29.4C/35C。压缩机制冷剂选用R223.1 干式蒸发器设计条件该干式壳管式

5、蒸发器其它系常规型，壳程的载冷剂为水，管程的制冷剂为R22。考虑到测试平台工况变化，所以蒸发器的负荷赢大于制冷量，故去蒸发器负荷Q =10000W,蒸发器设计 o设计参数如表3-1 所示表3-1 设计参数冷凝温度t =37.2Ck蒸发温度t =4.5 C0冷冻水进口温度t = 6.7Cs1冷冻水出口温度t = 12.3Cs 2制冷剂为R22蒸发器负荷为10000W冷冻水进口温度为t = 6.7C，冷冻水出口温度t = 12.3C为查水在平均温度95Cs1s 2下水的物行系数为c二4.19kJ/(kg - K)、p =999.7kg/m3故，冷冻水的循环量为：q =-Q =10= 0.426 x

6、10-3 m3v c pAt4.19 x 999.7 x 5.6s壳体内径D =166 mmi平均每流程管子数 Z =26根m管板厚度5 =30 mmB折流板数 N =36b上缺口高H =36 mm1上缺口内管子数n =10b13.2机构的初步设计流程数 N =4总管子数Z =102根t折流板厚度5 =5mmb折流板间距s =2mm0，间距s =14mm12下缺口高 H =38 mm2下缺口内管子数n =7b2管子为010 x 1的铜管，按正三角形排列，管距为15mm，壳体直径附近的管数n =11跟，管长cl =600 mmR22从下端进入管子，在管中政法，从上端出蒸发器。从上往下，各流程数依

7、次为 3.2.1蒸发器的外表面积F =兀d Z (l - 25 ) = 3.14x 0.012x91(0.6-2x0.03)= 1.85 m2oo tB3.2.2有效传热面积F二兀d Z (l-25 -N 5 )= 3.14x0.012x91(0.6-2x0.03-10x0.005) = 1.68 m2oo tB b b3.3管外换热系数的计算3.3.1折流板的平均间距3.3.2横向流通面积Ac预估计单位面积的热流量q = 6000Wm2，则所需传热面积为oAofQoqo100006000=1.67m23.2.1管型选择 取管子规格为010x0.8mm紫铜管，管子中心距13mm，管子按正三角形

8、排列 3.2.2确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数Nm取换热管的有效单管长为l =0.6m，则蒸发器的理论总管数为:A 1.67Z 二 of 二二 89 根兀d l 兀 xO.Olx0.6o有一定的富裕量，布置传热管数为Z =102根Z取侧流程数 N = 4，则每流程平均管数为Z = 20mN管子在水平方向有9排，各排管子数分别为为7、8、9、10、11、12、10、9、8、7根 3.2.3传热管的布置排列及主体结构传热管按正三角形排列，管板相邻管间中心距为13mm,考虑到最靠近壳体的传热管与壳体的距离不应小于5mm，壳体内径D =166mm根据无缝钢管的规格，选用0180x7mm的无缝钢

9、管i作为壳体材料。即D =180mm， D =166mmoi3.2.4折流板数目和间距的确定采用弓形折流板，折流板平均间距可用公式S = 0.3D，即S = 0.3D = 0.3x 180 = 54mmb i b i取折流板间距为40mm折流板数目N =b传热管长度 折流板间距-70060-1 = 11取折流板上缺口高H二28mmb1上缺口内管子数n二6b1折流板下缺口高Hb2二26mm下缺口内管子数代广6邻近壳体直径处管排数的管数n = 10 c3.3关外换热系数的计算 横向流通截面积为A =(D -nd)S =(129-10x12)x50x10-6 = 0.45x10-3m2 c i c

10、o b故冷水在管外的横向流速为=0.95m/sq 0.000426U = V =s A0.45 x10-3c折流板上、下缺口面积的折算系数由下式确定1-仁 c H )K =-arccos1 2b1 2bJ112 bb4180I D JiI MiD丿计算得出应布置的有效传热管总长L =与 =44.32mndn x 0.012o3.2.3确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数N取管内制冷剂流速u=1m s则每流程管数qV兀d 2Ui40.000426-5.4 根x 0.012 x14取整数 Z =6根由 L 二 lNZ，D = (1.151.25)SNZ，i式中s为相邻管中心距，S = (1.25

11、1.30)d，d为管外径o对流程数N、总根数NZ、有效单管长l、壳内直径D和长径比ID进行组合计算，组合 ii结果如下表 3-2 所示表 3-2 组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l /m壳内直径D /mi长径比l/Di2123.74241.86361.28480.93.2干式蒸发器的设计 根据高度紧凑的设计要求，必须选用高效管内蒸发换热管。目前行业应用的这类高效换热管 以管外径为9.53mm、12.70mm和15.82mm等几种规格居多。由于管径越小，单位体积内布 置的换热面积越大，考虑到紧凑要求高的特点，选用管外径为9.53mm的高效管内蒸发换热 管，其相关的结构尺寸如表3-2 所示。表3-2高效管内蒸发管的结构尺寸外径内翅根径翅顶直径内翅头数内翅螺旋角翅高壁厚dr/mmdr/mmdt/mmmh/mmt/mm9.538.7188.31260180.2030.406