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风冷翅片管式蒸发器姓名曹宇学号010720210指导老师李凤志一、设计参数1、原始参数：Q=25kW2、结构参数：铜管铝套片，铜管mm 5.012⨯Φ，正三角排列，mm s 201=，铝片厚度mm 12.0=δ，片间距：mm e 5.2~1.2=3、制冷剂：R12二、文献综述空气冷却器（air cooled heat exchanger ）是利用空气冷却热流体的换热器。
管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。
空气冷却器可用于冷却或冷凝,广泛应用于:炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。
工作压力可达69兆帕。
但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。
1、结构空冷器主要由管束、支架和风机组成。
热流体在管内流动，空气在管束外吹过。
由于换热所需的通风量很大，而风压不高，故多采用轴流式通风机。
管束的型式和材质对空冷器的性能影响很大。
由于空气侧的传热分系数很小，故常在管外加翅片，以增加传热面积和流体湍动，减小热阻。
空冷器大都采用径向翅片。
目前，空冷器中通常采用外径为25mm 的光管，翅片高为12.5mm 的低翅管和翅片高为16mm 的高翅管。
翅片一般用热导率高的材料（最常用的是铝）制成，缠绕或镶嵌到光管上。
为强化空冷器的传热效果，可在进口空气中喷水增湿。
这样既降低了空气温度，又增大了传热系数。
采用空冷器可节省大量工业用水，减少环境污染，降低基建费用。
特别在缺水地区，以空冷代替水冷，可以缓和水源不足的矛盾。
管束包括传热管、管箱、侧梁和横梁等。
它可按卧式、立式和斜顶式（人字式）3种基本形式布置。
其中,卧式布置传热面积大,空气分布均匀，传热效果好；斜顶布置时,通风机安装在人字中央空间,占地面积小，结构紧凑。
为抵消空气侧的给热系数较低的影响，通常采用光管外壁装翅片的管子。
翅片管作为传热管,可以扩大传热面积。
已知条件进口空气干球温度30℃进口空气湿球温度28℃R22蒸发温度2℃出口空气干球温度16℃出口空气湿球温度15℃大气压力101.32Pa 制冷量2120W (1)结构参数直径10mm 紫铜管，正三角形叉排厚度0.7mm翅片厚0.2mm铝平直套片翅片热导率237W/(m*K)翅片间距 2.2mm垂直流动方向管间距25mm管排数4迎面风速 2.5m/s(2)几何参数管外径10.4mm内径8.6mm沿气流流动方向管间距21.65063509mm沿气流方向套片长度86.60254038mm每米管长翅片外表面面积0.414833829m^2/m每米管长翅片间管子表面面积0.029702331m^2/m每米管长总外表面面积0.44453616m^2/m每米光管长外表面面积0.032672564m^2/m每米管长内表面面积0.027017697m^2/m每米管长平均直径处表面面积0.02984513m^2/m(3)空气侧干表面传热系数空气平均温度23℃查此温度下空气物性空气密度 1.1966kg/m^3比定压热容1005J/（kg*K)普朗特数0.7026运动粘度0.00001588m^2/s最窄界面处空气流速4.70890411m/s空气雷诺数3083.917049传热因子0.008516558空气侧干表面传热系数61.02300331W/(m^2*K)(4)空气在蒸发器内的状态变化过程进口空气焓值55.6kJ/kg查焓湿图出口空气焓值40.7kJ/kg进口空气湿度11.1g/kg出口空气湿度9.2g/kg露点焓值29.5kJ/kg露点温度9℃露点湿度7.13g/kg空气平均比焓47.11184481kJ/kg平均温度21.4℃平均湿度10g/kg析湿系数 1.569370968(5)循环空气量循环空气量512.2147651kg/h空气比体积0.874741215m^3/kg空气体积流量448.0553658m^3/h（6）空气侧当量表面传热系数A25mmB25mmρ' 2.574338543肋片折合高度0.010895963m肋片参数63.56754266m^-1凝露工况下翅片效率0.865785468当量表面传热83.77312878W/(m^2*K)系数(7)管内R22蒸发时表面传热系数饱和液体比定1.198kJ/(kg*K)压热容饱和蒸气比定0.658kJ/(kg*K)压热容饱和液体密度1267.4kg/m^3饱和蒸气密度25.53kg/m^3汽化潜热201.16kJ/kg饱和压力583.78kPa表面张力0.0112N/m液体动力粘度0.000256Pa.s蒸气动力粘度0.00000842Pa.s液体热导率0.093W/(m*K)蒸气热导率0.0109W/(m*K)液体普朗特数 3.29蒸气普朗特数0.735进口干度0.16出口干度1热流密度11.8kW/m^2质量流速100kg/(m^2*s)R22总质量流45.16660512kg/h量总流通截面积0.000125463m^2每根管子有效5.8088E-05m^2流通截面面积蒸发器分路数 2.159872744分路数取整11每一分路R224.106055011kg/h在管内实际流量每一分路R2219.63520677kg/(m^2*s)在管内实际流速B00.002987479C00.109629036Frl0.002847863雷诺数277.0404955hl36.02676749C1 1.136C2-0.9C3667.2C40.7C50.3Ffl 2.2管内R22蒸发时表面传热系数1039.144912W/(m^2*K)(8)传热温差的初步计算传热温差20.19773057℃不计R22阻力(9)传热系数翅片侧污垢热阻，管壁导热热阻，翅片与管壁接触热阻0.0048m^2*K/W传热系数30.70243102W/(m^2*K)（10）核算假设的热流密度值管外热流密度620.1194298W/m^2管内热流密度10203.14617W/m^2偏差-13.53%偏差足够小，假设有效（11）蒸发器结构尺寸所需内表面传热面积0.179661017m^2所需外表面传热面积3.4186963m^2所需传热管总长7.690479673m迎风面积0.04978393m^2蒸发器宽980mm蒸发器高275mm实际迎风面积0.2695m^2垂直于气流方向每排管数11换热管实际总长43.12m传热管实际内表面传热面积1.165003087m^2换热面积裕度548.45%传热管长度裕度460.69%接近20%的裕度（12）R22的流动阻力及其对传热温差的影响R22流动阻力 2.079693051kPa R22饱和压力583.78kPa流动损失0.36%流动损失引起蒸发温度的变化可忽略。
蒸发器的设计计算蒸发器设计计算已知条件：工质为R22，制冷量为3kW，蒸发温度为7℃。
进口空气的干球温度为21℃，湿球温度为15.5℃，相对湿度为56.34%；出口空气的干球温度为13℃，湿球温度为11.1℃，相对湿度为80%。
当地大气压力为Pa。
1.蒸发器结构参数选择选择φ10mm×0.7mm紫铜管，厚度为0.2mm的铝套片作为翅片，肋片间距为2.5mm，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向的管间距为25mm，沿气流方向的管排数为4，迎面风速为3m/s。
2.计算几何参数翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为10.4mm，沿气流方向的管间距为21.65mm，沿气流方向套片的长度为86.6mm。
设计结果为每米管长翅片表面积为0.3651m²/m。
每米管长翅片间管子表面积为0.03m²/m。
每米管长总外表面积为0.3951m²/m。
每米管长管内面积为0.027m²/m。
每米管长的外表面积为0.m²/m。
肋化系数为14.63.3.计算空气侧的干表面传热系数1）空气的物性空气的平均温度为17℃。
空气在下17℃时的物性参数为：密度为1.215kg/m³，比热容为1005kJ/(kg·K)。
2）空气侧传热系数根据空气侧传热系数的计算公式，计算得到空气侧的干表面传热系数为12.5W/(m²·K)。
根据给定的数据，蒸发器的尺寸为252.5mm×1mm×10.4mm。
空气在最窄截面处的流速为5.58m/s，干表面传热系数可以用小型制冷装置设计指导式(4-8)计算得到，计算结果为68.2W/m2·K。
在确定空气在蒸发器内的变化过程时，根据进出口温度和焓湿图，可以得到空气的进出口状态点1和点2的参数，连接这两个点并延长与饱和气线相交的点w的参数为hw25kJ/kg。
dw6.6g/kg。
tw8℃。
3.2.1工况参数确定进口空气状态参数：干球温度1a t =27℃，相对湿度1a φ=50%；出口空气状态参数：干球温度2a t =10℃，相对湿度2a φ=90%；当地大气压力为101.32Kpa ，蒸发温度0t =0℃。
计算中，下标a 表示空气侧，下标r 表示制冷剂侧，下标1表示进口，下标2表示出口。
3.2.2初步规划散热板及翅片与百叶窗的尺寸示意图如图3.1所示。
散热板：宽度T w =70mm ， 高T h =3mm ，铝板厚度T δ=0.5mm ，边缘宽度3.5mm ，内部隔板宽度4mm ，由此可以计算出内部流道尺寸H h 、H w 分别为 Hh =T h -2T δ=3-2×0.5 mm =2mm（3-3） Hw =T w -2× 3.5-4 =70-2× 3.5-4 mm=59mm（3-4）图3.1 蒸发器尺寸规划图翅片：宽度F w =70mm ，高度F h =8mm ，厚F δ=0.1mm ，间距F p =2mm ；百叶窗：百叶窗间距L p =1.1mm ，百叶窗长度L l =7mm ，百叶窗角度；每米散热板长外表面积a b A ,为 a b A ,=2（T h ＋T w ）=2×（3＋70）=146×310- m m /2 （3-5）每米散热板长翅片表面积a f A ,为a f A ,=2×8×310-×70×310-×31021-⨯m m /2=560×310- m m /2 （3-6）每米散热板总外表面积a A 为a A =ab A ,＋a f A ,=146×310-＋560×310-m m /2=706×310-m m /2 （3-7）由于层叠式蒸发器的流程较少，而且在流道转弯处制冷剂与空气成顺流流动形式，因此按逆流方式计算的对数平均温差偏大。
挥收器安排估计之阳早格格创做已知条件：工量为R22相对（1）挥收器结构参数采用（2）估计几许参数翅片为笔曲套片，思量套片后的管中径为沿气流目标的管间距为沿气流目标套片的少度为每米管少翅片表面积：每米管少翅片间管子表面积：每米管少总中表面积：每米管少管内里积：每米管少的中表面积：肋化系数：每米管少仄衡曲径的表面积：（3）估计气氛侧的搞表面传热系数①气氛的物性气氛的仄衡温度为②最窄截里处气氛流速③搞表面传热系数搞表面传热系数用小型造热拆置安排指挥式(4-8)估计（4）决定气氛正在挥收器内的变更历程根据给定的出进心温度由干气氛的焓干图可得正在气氛的焓干图上对接气氛的出进心状态面1战面2，并延少与鼓战睦线相接于面w，该面的参数是正在挥收器中气氛的仄衡比焓值析干系数（5）循环气氛量的估计进心状态下搞气氛的比体积循环气氛的体积流量（6）气氛侧当量表面传热系数的估计拆置安排指挥式（4-13）估计，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅片的少对付边距离战短对付边距离之比肋合合下度为凝露工况下翅片效用为当量表面传热系数（7）管内R22挥收时的表面传热系数R22R22正在管内挥收的表面传热系数由小型造热拆置安排与指挥式（4-5）估计.估计查的R22则R22的总品量流量为R22正在管内的品量则总流利里积为每根管子的灵验流利截里积挥收器的分路数分离分液器的本量产品现状，与分路数为Z=2每一分路中R22的品量流量为每一分路中R22正在管内的本量品量流速为于是（8）传热温好的收端估计（9）传热系数的估计（10近，故假设灵验，可用（11）挥收器结构尺寸的决定挥收器所需的表面传热里积挥收器所需传热管总少本量迎风里积为目标的每排管子数为深度目标为4排，同安插48根传热管，故传热管的本量总少为传热管的本量内表面传热里积为底下估计挥收器的本量中表面积48U由于管径很小，伸出部分换热不妨忽略没有计.1为141片翅片的总中表面积套片管的总中表面积根据“估计单元”估计的总中表面积惟有二者有一定好异，然而是正在缺面范畴之内.综上分解安排，不妨定出翅片结构参数如下：（12）气氛侧阻力估计气氛侧阻力估计根据小型造热拆置安排与指挥式（4-10战4-12）举止.4-21）决定，。
已知条件进口空气干球温度20℃进口空气湿球温度15℃R22蒸发温度8℃出口空气干球温度12℃3大气压力101.32Pa对数温差7.281913813制冷量17800W(1)结构参数直径9.52mm 紫铜管，正三角形叉排厚度0.28mm翅片厚0.13mm铝平直套片翅片热导率237W/(m*K)翅片间距 2.13mm垂直流动方向管间距25mm管排数2迎面风速 2.5m/s(2)几何参数管外径9.78mm内径8.96mm沿气流流动方向管间距21.65063509mm沿气流方向肋片长度86.60254038mm管外肋片面积0.437693709m^2/m肋间管外表面积0.028849555m^2/m铝箔导热率204管外总表面积0.466543264m^2/m每米管长内表面面积0.02814867m^2/m每米管外光管面积0.030724776肋化系数β16.57425593m^2/m当量直径d 3.535423926mm最窄流通面与迎风面之比0.571643192翅片蒸发器计算表格(3)空气流经蒸发器状态变化过程进风焓值44kj/kg进风含湿量10g/kg设计风量3827m^3/h进入空气比体积0.831536814m^3/kg空气质量流量4602.321792kg/h进出风焓差值13.92340712kj/kg出风焓值30.07659288kj/kg空气平均温度16℃露点温度查焓湿图析湿系数 1.731767055平均温度下空气密度 1.1984kg/m^3比定压热容 1.005KJ/(kg.K)普朗特数0.7046运动粘度0.0000157m^2/s在最上面输入，改数值(4)计算空气测传热系数选取蒸发器迎风面风速 1.25m/s蒸发器高度0.9m垂直气流方向管列数35.5取整数单管有效长度0.944938272m最窄面风速 2.186678712m/s雷诺数1362.1476314叉排时j0.023352827当N=4～8时 均使用该式1.0217200831.178233384为方便计算B57，而单独计算-1.2140.812899479当N<4时，j N0.0189835010.791823571为方便计算B59，而单独计算传热系数63.13943854W/(m2*℃)ρ 2.556237219ρ` 2.716150904h`16.78395584mmm90.80783728m-1肋片效率0.596682148空气侧当量表面传热系数72.44997086W/(m2*℃)(4)计算冷媒管内传热系数在蒸发温度下冷媒物性液体普朗特数查表汽化热198Kj/Kg液体的动力粘度查表Pa.s液体的导热率查表W/(m.K)饱和液体的密度查表kg/m3饱和蒸汽的密度查表kg/m3压缩机出口h1407Kj/Kgh2274Kj/Kg蒸发器冷媒进口干度0.328282828平均干度0.164141414制冷剂质量流量481.8045113kg/h梅根管子有效流通面积 6.3053E-05m2假设蒸发器总传热系数40W/(m2*℃)外表面面积为基准的热流密度291.2765525W/m内表面面积为基准的热流密度4827.692129W/m假设管内质量流速200kg/(m2.s)130～220范围为计算F7w/(m.k) m2/m。
