蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工質(zhì)為 R22，制冷量 3kW ，蒸發(fā)溫度 t0 7 C ，進(jìn)口空氣的干球溫度為 ta1 21 C ，濕球溫度為 tb1 15.5 C ，相對濕度為 56.34 ；出口空氣 的干球溫度為 ta2 13 C ，濕球溫度為 tb2 11.1 C ，相對濕度為 80 ；當(dāng)?shù)?大氣壓力 Pb 101325Pa 。（ 1）蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇選用 10 mm 0.7mm 紫銅管，翅片厚度 f 0.2mm的鋁套片，肋片間距sf 2.5mm ，管排方式采用正三角排列，垂直于氣流方向管間距 s1 25mm，沿氣流方向的管排數(shù) nL 4，迎面風(fēng)速取 wf 3m/ s（2）計(jì)算幾何參數(shù) 翅片

2、為平直套片，考慮套片后的管外徑為d b d o 2 f 10 2 0.2 10 .4mm 沿氣流方向的管間距為s2 s1 cos30 25 0.866 21.65mm 沿氣流方向套片的長度為L 4s2 4 21.65 86.6mm設(shè)計(jì)結(jié)果為 L 3s2 每米管長翅片表面積：2 1000a f 2 s1 s2db4s f2 25 21 .6525 3 21.65 25 89.95mm3.142 100010.4 242.50.3651m 2 m每米管長翅片間管子表面積：db （sf f ）absf3.14 10.4 2.5 0.210002.50. 03m2 m每米管長總外表面積：aof a f

3、 ab 0.3651 0.03 0.3951m2 m 每米管長管內(nèi)面積：aidi 3.14 (0.01 0.0007 2) 0.027 m2 m每米管長的外表面積：ab0 db 3.14 0.0104 0.03267 m2 m肋化系數(shù)：aofai0.39510.02714.63每米管長平均直徑的表面積：am dm 3.14 0.0104 0.0086 0.02983 m2 m(3) 計(jì)算空氣側(cè)的干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)空氣的物性 空氣的平均溫度為tf ta1 2ta2 21213 17 C空氣在下 17 C 的物性參數(shù)1.215kg m3c pf1005 kJ kg KPrf0.704vf614.48

4、10 6 m s最窄截面處空氣流速sfs1wmaxw fs1db s f f252.525 10.4 2.5 0.25.58 m s干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)式 (4-8)計(jì)算0.4 0.154 0.0014 0.2618 wmaxd 0aofabovf0.0014 0.21685.58 0.01040.40.39510.15614.48 10 6 0.032670.007924 f wmax c pf0.00792 1.215 5.58 1005Pr230.7042368.2W m2 k（4）確定空氣在蒸發(fā)器內(nèi)的變化過程 根據(jù)給定的進(jìn)出口溫度由濕空氣的焓濕圖可得。在

5、空氣的焓1.0 相交于點(diǎn)h1 43.364kJ kg, h2 31.924 kJ kg,d1 8.723g kg,d2 7.443g kg濕圖上連接空氣的進(jìn)出口狀態(tài)點(diǎn) 1和點(diǎn) 2，并延長與飽和氣線w，該點(diǎn)的參數(shù)是 hw 25kJ kg,dw 6.6g kg,tw 8 C 。 在蒸發(fā)器中空氣的平均比焓值hmhwh1 h2h1 hw1nh2 hw43.364 31.92443.364 25 1n31.924 2536.73kJ / kg由焓濕圖查得 tm 16.2 C,d m 8g kg析濕系數(shù)2.46dtmmdw tw1 2.46 8 6.6 1.4216.2 8（5）循環(huán)空氣量的計(jì)算944.0

6、6 kg hqQ03 3600q m ,dam,da h1 h2 43.364 31.924進(jìn)口狀態(tài)下干空氣的比體積v1RaT1 1 0.0016d1Pb8.723287.4 273.15 21 1 0.00161013250.846 m3 kg循環(huán)空氣的體積流量3qv,a qm,dav1 944.06 0.846 798.67m3 / h6）空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算a f fab0a fab對于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率 f 小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)式4-13）計(jì)算，叉排時(shí)翅片可視為六角形，且此時(shí)翅片的長對邊距離和短對邊距離之比 A 1, 且 m BBm d b2510.42.41

7、.27 m BA 0.31.27 2.4 10.32.55肋折合高度為hdb21 1 0.35ln10.422.55 1 1 0.35ln 2.55 10.7mm2 68.2 1.42 f f 236 0.2 10 364.06 1 m凝露工況下翅片效率為th(mh) th 64.06 10.7 10 fmh64.06 10.710 30.8683當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a f f ab0a fab1.4268.20.8683 0.3650.39510.03285.06W /(m2 K )7）管內(nèi)R22蒸發(fā)時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)R22在t07 C 時(shí)的物性參數(shù)為：飽和液體密度l1257.3kg m3飽和蒸氣

8、密度g26.43kg m3液體粘度l202.2 10 6 Pas氣體粘度611.815 10 6 Pa s汽化熱 0 199.56 kJ kg液體熱導(dǎo)率l 13.2 10 3W / m K蒸氣熱導(dǎo)率9.93 10 3W /m K液體普朗特?cái)?shù)Prl 2.62蒸氣普朗特?cái)?shù)Prg 0.92R22 在管內(nèi)蒸發(fā)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由小型制冷裝置設(shè)計(jì)與指導(dǎo)式（ 4-5）計(jì)算。計(jì) 算查的 R22進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的干度 x1 0.25，出口干度 x2 1.0 。則 R22的總質(zhì)量 流量為qmQ0 36000 x 2 x13 3600199.56 1 0 .2572.16 kg h作為迭代計(jì)算的初值，取 qi 7200

9、W m2 ，R22在管內(nèi)的質(zhì)量流速gi' 160 kg m2 s 。則總流通面積為qmA ' m 72.16 1.25 10 qi' 3600 160 360042m每根管子的有效流通截面積22di2 3.14 0.0086 2 5Aii 5.8 10 54蒸發(fā)器的分路數(shù)Z A 1.25 1054 2.16Ai5.8 10 5結(jié)合分液器的實(shí)際產(chǎn)品現(xiàn)狀，取分路數(shù)為每一分路中 R22 的質(zhì)量流量為Z=2gm qZm 722.16 36.08kg h每一分路中 R22 在管內(nèi)的實(shí)際質(zhì)量流速為gi36.08 5 172.8 kg m2 si 3600 Ai3600 5.8 10

10、 5gm于是B0qi7.2gir172.8 199.562.1 10C00.80.51 0.6250.826.430.50.6251257.30.09634Frl2gil2gdi2172.8 221257.3 2 9.8 0.00860.224Relgi 1 x d i172.8 1 0.6250.008610 62756.080.0230.8RelPrl 0.4 ldi0.80.4 0.09320.0232756.080.8 2.620.0086207.11l C1c2C025Frl c5C 3 B0c 4 Ffl0.90.34 0.7207.111.1360.096340.9 250.22

11、4 0.3667.22.1 10 4 2.2202.2l4050.35W m 2 K8）傳熱溫差的初步計(jì)算ta1 t a221 13t a1 t 0 lnt a2 t 0ln 21 79.44 C13 79）傳熱系數(shù)的計(jì)算管內(nèi)污垢熱阻 ri 可以忽略，接觸熱阻以及導(dǎo)熱熱阻之和取為r0 0.0048W m 2 Kk0aofi air00.39514050.35 0.0270.0048185.0649.6W m2 K10）核算假設(shè)的 qi 值qo k 0 m 49.6 9.44 468.2 W m2qiaofqo0.3951ai0.027468.26851W m2計(jì)算表明，假設(shè)的 qi 7200W

12、 m2 初值與核算的值 6851W m2 較接近，故假設(shè)有 效，可用。（11）蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸的確定 蒸發(fā)器所需的表面?zhèn)鳠崦娣eAi'Q0qi3000 20.417m27200A0'Q0qo3000 6.408m2468.2蒸發(fā)器所需傳熱管總長l 'A0lta of6.40816.21m0.3951迎風(fēng)面積qv,a798.67 2A f 0.074m2 w f3 3600取蒸發(fā)器的寬度 B 350mm ，高 H 300mm。實(shí)際迎風(fēng)面積為2Af 0.35 0.3 0.105m2 。已選定垂直于氣流方向的管間距為 s125mm，故垂直于氣流方向的每排管子數(shù)n1 H 300 1

13、2 s125深度方向?yàn)?4 排，共布置 48 根傳熱管，故傳熱管的實(shí)際總長為20.42 0.454m20.454 1.09Ai'0.417lt16.8lt'16.21AiAi1.04l t 0.35 48 16.8m傳熱管的實(shí)際內(nèi)表面?zhèn)鳠崦娣e為48di 0.35 48 3.14 0.008648 3.14 0.0104 0.35 350 0.00022.520.505m248 根0.35m長的管其翅片間管子表面積管子左右兩邊都要伸出一定距離，分別取為 10mm ，3mm ；U 型管需要用彎頭相 接，取彎頭半徑為 R 12.5mm 。由于管徑很小，伸出部分換熱可以忽略不計(jì)。 每一

14、翅片（寬 312.5mm ，深約為 90mm）總的外表面積2 0.3125 0.09483.14 0.012 0.0487m2總翅片數(shù)為 350 翅片的總外表面積2.5140 再加 1 為 141 片141 0.0487 6.867m 2套片管的總外表面積6.867 0.505 7.372m 2根據(jù)“計(jì)算單元”計(jì)算的總外表面積只有ftl t 0.3951 16.8 6.638m24-10和 4-12）進(jìn)行。首先計(jì)二者有一定差距，但是在誤差范圍之內(nèi)。 綜上分析設(shè)計(jì)，可以定出翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：高度為 312.5mm ，深度為 21.65 3 25 89.95mm ，寬度為 350 20 2 390mm。 （12）空氣側(cè)阻力計(jì)算 空氣側(cè)阻力計(jì)算根據(jù)小型制冷裝置設(shè)計(jì)與指導(dǎo)式（算 ptd01000AtAc ,t25 10 10003.14 10 1000 2.125 10 1000ft 由小型制冷裝置設(shè)計(jì)與指導(dǎo)圖（ 4-21）確定，Redwmax d 0vf5.58 0.016 3853.614.48 10 6PTPLs1d0s2d025 s2 21.65s11.155 x 1 PTs1d01205 2.5由 PT 及 Red查得查得 f tz 0.4 ，于是Ac,t tz NAAct,t0.44 1 0.7622.11.3180. 521f 0.508 Re ds1