蒸发器课程设计
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课程设计说明书
设计题目：蒸发器工艺设计 能源与动力工程学院热能与动力专业
学生姓名
学 号 ：
指导教师 ：
完成时间 : 2008 年 11 月 2
华中科技大学 主要设计及说明
（一）设计目标
设计一个蒸发器。
（二）设计条件 ：
室外侧进风温度： 35oC
冷凝温度： 50oC
过冷度：
5oC
室内侧进风干球温度： 27oC
湿球温度： oC
蒸发温度：
7oC
过热度： 5oC
压缩机指示效率：
制冷剂： R134a
制冷量： 6000W
（三）确定设计方案
1 蒸发器类型选择：采用冷却强制流动空气的干式蒸发器。。
选定蒸发器的结构参数：选用 10mm 0.7mm 的紫铜管，翅片选用
f =0.2mm 的铝套片，翅片间距 sf =2.2mm 。管束按正三角形叉排排列， 垂直于流动方向间距 S1=25mm ，沿流动方向管排数 nL =4，迎风面风速 wf =。
（四）确定物性数据：
1、确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程： 主要结果 由给定的进风参数查 h-d 图，得：
h1=kg d1 =10.95g/kg
根据风量选择原则取设计风量为：
33
Va 0.86Q0 0.25 0.86 6000 0.25m3 /h 1290m3 / h 进口湿空气的比体积
v1 ：
v1 RaT1(1 0.0016d1) / pB
287.4 300 (1 0.0016 10.95)/101320m3 /h
0.866m3 /h
空气的质量流量 Ga：
Ga Va/v1 1290 / 0.866kg / h 1489.6kg /h
进出口空气比焓差 h ：
h Q0/Ga 6 3600/1489.6kJ / kg
14.5kJ / kg
出口空气的比焓 h2 ：
h2 h1 h (55.2 14.5) kJ / kg 40.7 kJ /kg设取传热管壁面温度 tw =12.5 ℃， dw 9g / kg
查得 hw 35kJ /kg 。(取 w 100% )得空气处理过程的饱和状态 点 w，连接 1-w 与 h 2线相交与 2 点，得到蒸发器出口空气状态干球温度 t2 16 C ,d 2 9.6g / kg 。
蒸发器中空气的平均比焓 hm ：
hm hw h1 h2 (35 55.2 40.7 )kJ /kg 46.4kJ / kg h1 hw 55.2 35 ln ln h2 hw 40.7 35
则 hw 线与 1-w 线相交于 m 点，同时查得空气的平均状态参数为：
tm 20.2 C
dm 10.1g /kg
m 15.7 10 6m2 /s
m 1.1966kg / m3
Pr 0.7026
2、 R134a在 7℃时的物性为：c pl 13.6kJ / (kggK)
cpg
l 0.91kJ /(kggK )
3 1388 kg / m
g 16.67kg / m3
r 194kJ / kg
ps
l 0.3MPa
3 10 10 3N /m
6 250 10 6 Pags
g
l 6 11.4 10 6 Pags
3 93 10 3W / (mgK )
g
Prl
Prg 12.5 10 3W / (mgK )
3.8
0.8
主要设计及说明 主要结果 五）具体计算过程
查 R134a 的 lgp-h 图，得：
t0 7 C,h0 401.23kJ / kg
t1 12 C,h1 406.12kJ / kg
t2s 58.413 C,h2s 432.89kJ / kg
t2v 50 C, h2v 422.48kJ / kg
t3 50 C, h3 268.78kJ / kg
h4 h5 263.89kJ / kg
计算几何参数 翅片为平直翅片，考虑套片后的管外径为： db D0 2 f (10 2 0.2)mm
10.4 mm
主要设计及说明 主要结果 以图示的计算单元为基准进行计算，沿气流流动方向的管间距为：
s2 s1 cos30 25 0.866mm 21.65mm
沿气流方向套片的长度为：
L 4 s2 4 21.65mm 86.6mm
每米管长翅片的外表面积为： af 2(s1s2 db2 / 4) /1000 sf
2(25 21.65 3.1416 10.42 / 4) / (1000 2.2)m2 /m 0.4148 m2 / m
每米管长翅片间的管子表面积为： ab db(sf f ) /1000 sf
2 3.1416 10.4 (2.2 0.2) / (1000 2.2)m2 / m
2
0.0297m2 / m 每米管长的总外表面积为：
22 aof a f ab (0.4148 0.0297)m2 / m 0.4445m2 / m
每米管长的外表面积为：
0.0104 1m2 / m 0.03267 m2 / m
每米管长的内表面积为：
ai di 1 (0.01 2 0.0007) 1m2 / m
0.02702m2 / m
每米管长平均直径处的表面积为：
2 0.029845 m2 / m
肋化系数：
aof /abo 0.4445 / 0.03267 13.606
当量直径：
主要设计及说明 abo db 1
am dm 1 ( 0.0104 0.0086 ) 1m2 / m
主要结果 计算空气侧干表面传热系数：
最窄截面处空气流速：
wmax wf / 2/ 0.5309m / s 3.76m / s
干表面传热系数
根据 Mcquistion 提出的用于计算 4 排叉排管束平均表面传热系数的关联 式：
4 0.0014 0.2618(wmaxdb ) 0.4 0.15 m
0.00928
66.40W / (m2gK)
空气侧当量表面传热系数的计算：
析湿系数
d d 10.1 9
1 2.46 d m dw 1 2.46 10.1 9 1.35
tm tw 20.2 12.5
肋片效率 对于正三角形叉排排列的平直套片管束，翅片效率 f 可由式
f tanh(mh ') / (mh ') 计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅 片的长对边距离和短对边距离之比 A/B=1 ， 且
m B/ db 25 /10.4
A 25
故 ' 1.27 m 0.3 1.27 1 0.3 2.554 m B 10.4
主要设计及说明0.0014 0.2618( 3.76 0.0104
15.7 10 0.4(13.606) 0.15
4 m wmax cpm
(Pr)2/3 0.00928 1.1966 4.7 1005
(0.7026)2/3 W / (m2gK )
主要结果
肋片折合高度为：
h ' b ( ' 1)(1 0.35ln ')
10.4 (2.554 1)(1 0.35ln 2.554)mm
10.733mm
2 66.40 1.35
3m 237 0.2 10 3 61.49m
故在凝露工况下的翅片效率为：
f tanh(mh ') / (mh')
tanh(61.49 0.010733)/ (61.49 0.010733)
0.8763
当量表面传热系数为：
f a f ab
0( f f b )
a f ab
1.35 66.40 0.8763 0.4148 0.0297
0.4148 0.0297 )W /(m2/ K)
2 79.22W /(m2/ K)
主要设计及说明 主要结果 管内 R134a 蒸发时表面传热系数的计算 已知 R134a的单位制冷量 qom h0 h5
138.34kJ /kg
则 r134a 的总质量流量为
qm Q0/qom 6 3600 /138.34 kg/h 156.14kg / h
2
作为迭代计算的初值，取 qi 12000W / m2 ，考虑到 R134a 的阻力比相 同条件下
R12 要大，故取 R134a 在管内的质量流速
gi' 100kg / (m2 gs) 则总流通截面为：
A qm /(gi ' 3600) 156.14/ (100 3600)m2 4.3372 10 4 m2
每根管子的有效流通截面为：
Ai di2/4 (0.0086)2 / 4m2 5.8 10 5m2
蒸发器的分路数：
Z A/Ai 4.3374 10 4 /5.8 105 7.48
取 Z=8，则每一分路中 R134a 的质量流量为
qm,d qm / Z 156.14 / 8kg / h 19.518kg / h 每一分路中 R134a 在管内的实际质量流量为：
根据凯特里卡的通用关联式：
x1 x2 q0 / r 1 138.34 /194 0.2869
(1 x )0.8( g )0.5 (1 0.6435)0.8 (16.67)0.5 ( x ) ( l) ( 0.6435 ) ( 1388 )
0.06833
主要设计及说明 qm,d
3600 Ai 19.518
3600 5.8 10 2
5 kg / (m gs) 2 93.48kg / (m2 gs)
B0 qi /(gi 'r) 12 / (100 194) 6.185 10
x (x1 x2) / 2 (0.2869 1)/ 2 0.6435
C0
主要结果
