(完整版)冷凝器 蒸发器设计计算

蒸发式冷凝器的设计计算Ⅲ.在水冷式冷凝器中,每1kg水能带走约16.75~25.12kJ热量,但1kg水在常压下蒸发却能带走约2428kJ热量,因此蒸发式冷凝器的耗水量理论上仅为水冷式冷凝器的1左右,考虑到飞溅损失,排污换水等因素,实际的耗水量仅为水冷式冷凝器的1O%左右Is].2设计计算2.1参数确实定2.1.1设计工况制冷量1464kW,压缩机电机功率435kW,冷凝温度36℃℃.选用6台8AG12.5型压缩机,单台制冷量为244kW,单台功率为9Okw.2.1.2换热量确实定换热量也称为排热量或冷凝负荷.制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两局部,通过蒸发器向被冷却物体吸收的热量以及由机械功转化的热量.计算公式: QK一6×(Q+N׉)X￡(1)式中:Qx——换热量,kw;6一一压缩机台数;Q.——单台8AS12.5型压缩机制冷量,kW; N——单台8AS-12.5型压缩机轴功率,kW;——8Al2.5型压缩机的机械效率;e～修正系数.根据图2,e取值约为1.7(为冷凝温度,t为湿球温度). 籁蝰2.O1.61.2O.80.4l02028湿球温度Wetbulbtemperature/〞C图2蒸发式冷凝器排热量修正系数Figure2Heatdischargecorrectioncoefficient ofevaporativecondenser按式(1)计算得:QK一6×(244+90×0.8)×1.7—3223.20kW.2.1.3理论传热面积确实定理论传热面积是根据换热量和单位面积热流量确定出的一个传热面积的理论值,在数值上和实际传热面积存在差异.计算公式:S—QK/q,(2)式中:s——理论传热面积,m;l38QK——换热量,kw;q,——单位面积热流量,kW/m..对q,的选取有不同的标准,主要是依技术和制造水平而定.机电工业部1992年公布的标准是q,≥1.774kW/m,中国有关文献¨9..设计普遍取1.774～2.33kW/m.,而实际设计和应用可到达5～6kW/m.以往中国?冷藏库设计手册?推荐q,一1.6～2.0kW/m,机械行业标准规定q,为1.7kW/m.,?制冷与空调工程手册?推荐q,一1.8～2.5kW/m,但现今世界各生产厂的企业标准一般高于以上取值;上海益美高(EV APCO)公司产品的q,一3.26～3.64kW/m.;上海上枫制冷设备产品的q高达5.41kW/m.;美国设计手册介绍其经验数据q,为4.0kW/m;国外另一些厂家也有介绍其qr到达5.23～5.81kW/m.湿度较大地区取小值.本设计取用适用于上海地区的q,一5.41kW/m..按式(2)计算得:S一3223.25.4l一595.79(m.)2.1.4配风量确实定配风量是蒸发式冷凝器内部的总风量,直接决定着风机的功率.一般用单位换热量所需风量表示,中国机械行业标准规定的数值为220m/(h?kW),也有的按300～3401TI./(h?kw)配置.增大风量有利于提高传热系数,但风量增大,风机的电耗也将随之增加,故应合理选取配风量.计算公式:LD—Q×e(3)式中:LD——配风量,m./s;Q一换热量,kW;￡一配风比,iTI./(S?kW).配风比美国标准是￡一3×10Ill./(S?kw),机电工业部公布标准是e≤6.11×l0m./(S?kW).配风量大,传热效果好,但耗功增加,为取得较大的q,值,同时耗电量又不至于过大,一般取中间偏大值,文章选￡为0.06lm./(S?kW),即中国机械行业标准规定的220II1./(h?kW).按式(3)计算得:LD一3223.2×0.061一l96.62(m./s)2.1.5迎面风速及迎风面积确实定一些学者ll’’进行了迎面风速对蒸发式冷凝器的性能影响的试验,结果说明蒸发式冷凝器迎面风速有一个最正确范围(2.9～3.1m/s).制冷量和能效比分别与迎面风速的关系见图3和图4.迎面风速越大,空气与换热盘管外外表水膜的接触时间就越短,空气与水膜的热湿交换就越不充分;此外,迎面风速的增大,能增强热湿交换面上热质传递的剧烈程度,使得热湿交换更加充分.故只有使用最正确迎面风速,制冷量和能效比到达最正确,才能使得蒸发式冷凝器的性能到达最正确. 迎风面积计算公式:A—LD/VF(4)式中:A～迎风面积.rn;∞rJ000?000芒0r1第28卷第1期赵越等:蒸发式冷凝器的设计计算ⅢIl磊善虿亨.董专迎面风速Facevelocity/(m?s)图3制冷量和迎面风速关系图Figure3Relationshipdiagramofrefrigerating capacityandfacevelocity{羹鼋亭迎面风速Facevdoclty/(m~S-I)图4能效比和迎面风速关系图Figure4Relationshipdiagramofenergy efficiencyratioandfacevelocityLD——配风量,m./s;一迎面风速,m/s.按式(4)计算得:A=196.62/3.0—65.54(m.)2.2盘管的设计盘管设计的好坏直接影响后续的计算工作,特别是影响水量的分布及配风情况,故合理的盘管布置是非常重要的. 由蒸发式冷凝器的迎风面积及所需的传热面积,可确定蒸发式冷凝器的盘管的布置.盘管程数不宜过多,一般不超过3O 程,盘管的长宽采用最优的长宽比.本设计采用中25mm无缝钢管,盘管材料采用2o号优质碳钢,盘管的管型有圆管,椭圆及一些特殊管型,本设计采用圆管.盘管管束呈正三角形错列布置.管长8m,考虑弯头及壳体间隙,迎风面长B为8.3m,那么D—A/B(5)式中:D——迎风面宽,m;A——迎风面积,m.;B——迎风面长,m.按式(5)计算得:D一65.54/8.3—7.90m管径d.为25mm(20号优质碳钢的无缝钢管),管问距一般为管径的两倍,即Pt一50mm.“f—D/(Pt+d)(6)式中:——每排管数;D——迎风面宽,m;R——管间距,m.按式(6)计算得:〞一7.9/0.075—105tadS1一S/nH(7)式中:S——每排管的面积,Ill;s——理论传热面积,m.;——每排管数.按式(7)计算得:S1—595.79/105—5.67m.N—S/S(8)式中:N——管程数;s——每排管的面积,m;s——单管的外表积,m.按式(8)计算得:N=5.67/(2n×0.0125+2n×0.0125×8.3)一8.68(程),故管程数取9程.由此可以确定实际传热面积:S一S2×N×H(9)式中:S——实际传热面积,m.;S——单管的外表积,m;N——管程数;n——每排管数.按式(9)计算得:S一(2n×0.0125+2n×0.0125×8.3)×9×105—616.95(m)2.3水系统的设计2.3.1淋水量及补水量确实定淋水量的配置以能全部润湿冷凝盘管外表,形成连续的水膜为原那么,力求获得最大的传热系数.水量过小,缺乏以满足冷凝的要求;水量过大,反而不利于热交换,同时会造成水泵功率增大.中国JB/T7658.5——95标准的单位冷凝负荷的淋水量为0.032I/(S?kw),美国工业制冷手册标准为0.018L/(S?kw).本设计选用中国JB/T7658.5——95标准的单位冷凝负荷的淋水量r一0.032L/(S?kw).计算公式:Gs—×r(10)式中:Gs一一淋水量,kg/s;QK——换热量,kW;r——单位冷凝负荷的淋水量,kg/(S?kW).补水量一般为淋水量的5%～lo,湿度较大地区取小值.按式(10)计算得:Gs一3223.2×3.20×10一103.14(kg/s)1395O5O5O5O5O:6655443322包装与机械2021年第1期计算公式:W—Gs×5%式中:w——补水量,kg/s;Gs——淋水量,kg/s.按式(11)计算得:W一一103.14×52.3.2水泵功率确实定计算公式:Ns一9.8×G5×Hz式中:N——水泵功率,kW;Gs～淋水量,kg/s;(12)H～水泵扬程,m(值为10m).按式(12)计算得:Ns一9.8×103.14x10—10l07.72(W)一10.11(kW)2.4风系统的设计2.4.1空气压力损失确实定空气流过蒸发式冷凝器的阻力为通过冷凝管,挡水板,喷嘴排管,进口风栅,空气净化器等阻力局部之和.(1)空气流过冷凝盘管的阻力:计算公式G一Gm/(A—m×d.×B)一LD×p/(A一H×d×B)(13)式中:Gm最窄面空气质量速度,kg/s;Con配风量的质量流量,kg/s;J风世的体积流量,Ill./s;p此工况下空气的密度,kg/m.;A一迎风面积,m;一—每排管数;幽一管,m;B～迎风面长,m.按式(13)计算得:Gm—l96.62×1.15/(65.54—105×0.025×8.3)一5.17(kg/s~当Pt/一2时,△P一0.51×l0×N×(G)×1.02(14)式:△P一一空气流过冷凝管的阻力,Pa;N一管程数;G最窄面空气质量速度,kg/s.按式(14)计算得:△P.一0.51x10×9×5.17.×1.02—1.25×10(Pa)(2)空气流过挡水板的阻力:计算公式△P2一ExV2g(15)式中:△P.空气流过挡水板的阻力,Pa;一局部阻力系数,挡水板只有一折时E一3;,,一最窄面风速,m/s(一般取V:1.2V);140F一一迎面风速,m/s;g——重力加速度,m/s.按式(15)计算得:△P一3×(1.2×3.o)./2×9.8—1.98(Pa)(3)空气流过喷嘴排管的阻力:计算公式△P3—0.01×Z×(F)/2J0(16)式中:△Ps～一空气流过喷嘴的阻力,Pa;Z—喷嘴个数;V——一迎面风速,m/s;p——此工况下空气的密度,kg/m..按式(16)计算得:△P一0.01×728×3.0/(2×1.15)一28.49(Pa)用迎风面长和迎风面宽分别除以喷嘴和喷嘴之间的间距300mm,得出的两个数再相乘,即得喷嘴的个数. 即,8.3/0.3—28,7.9/0.3—26,Z一28×26728计算公式△P一△P+△P2+△尸3(17)式中:△P～一空气流过蒸发式冷凝器的阻力,Pa;△P空气流过冷凝管的阻力,Pa;△P.空气流过挡水板的阻力,Pa;△P.空气流过喷嘴的阻力,Pa.按式(17)计算得:△P一1.25×1o+1.98+28.49≈30.47(Pa),再考虑进VI风栅,空气净化器等阻力损失,风机压头△P选为35Pa.2.4.2风机功率确实定目前中国的蒸发式冷凝器多为上吸风式,其风机没置在箱体最上部,箱体内维持负压,水的蒸发温度较低,但风机长期处于潮湿环境中,容易被腐蚀,故采用铝合金风叶和全封闭电机.计算公式N,一△P×L[】(18)式中:N厂——风机功率,kw;△P一一空气的压力损失,即风机压头,Pa;LD——配风量,m./s.按式(18)计算得:Nr一35×196.62—6881.7(w)一6.88(kW)3结论文章给出了一套完整的蒸发式冷凝器的设计’汁算方法,此方法简单实用,适用于常规蒸发式冷凝器的设计计算.通过VisualBasic6.0语言将此方法编程为一套设计计算软件,此软件操作简单,只需输入压缩机制冷量,缩机台数,压缩机机械效率以及压缩机轴功率,即可直接得以【__- 计算过程中涉及到的所有性能参数(见图5).此软件可作为常规蒸发式冷凝器的设计计算工具.第28卷第1期赵越等:蒸发式冷凝器的设计计算棵■I●蚋■}囊#●阳●f{E蠹-一I(-5;IX~l(tl/.}幛●t埔鸯蹦帮I}～~+~lltk,mh)一附州一-*黼嘲￡柙涮辅韵摹f…一～~tllP+Jl(1a}赫…lllllt一曼!啡)!气匿■I～rⅫt…~JJ,l&IP)毒瞥月l-)～害耐I繁■l岫嗣i一…一一?t一皿-柏删{(a)(b)图5蒸发式冷凝器计算软件操作界面Figure5Operationinterfaceofevaporative condensercalculationsoftware参考文献1彦启森,石文星,田长青.空气调节用制冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.2蒋翔,朱冬生.蒸发式冷凝器传热强化研究ED].广州:华南理工大学,2003.3蒋翔,朱冬生.蒸发式冷凝器开展和应用[J].制冷,2002,21(4): 29～33.4MetinErtuncH,parativeanalysisofanevapora tivecondenserusingartificialneuralnetworkandadaptiveneuro—fuzzyinferencesystem[J].InternationalJournalofRefrigera—tion,2021,8(31):l426～1436.5NasrMM.SalahHassanM.Experimentalandtheoreticalinves—tigationofaninnovativeevaporativecondenserforresidentialre—frigerator[J~.RenewableEnergy,2021,11(34):2447～2454.6吴凯东.蒸发式冷凝器在空调系统的应用[J].机电信息,2021 (16):49～52.7肖志英.提高蒸发式冷凝器效率的途径[J].河北化工,2007,30 (1):32～33.8邱嘉昌,刘龙昌.蒸发式冷凝器的应用与管系设计研究[JJ.制冷技术,2003(2):28～33.9邱嘉昌,刘黄炳.蒸发式冷凝器的特点及应用[J].小氮肥,2006 (3):6～8.1O张建一,秘文涛.制冷用蒸发式冷凝器的选型与电耗口].电力需求侧管理,2021,10(2):37～39.11朱冬生,沈家龙,蒋翔,等.湿空气对蒸发式冷凝器性能的影响EJ].制冷技术,2006(2):l7～22.12朱冬生,沈家龙,蒋翔,等.蒸发式冷凝器管外水膜传热性能试验研究EJ].高校化学工程,2007,21(1):31～36.(上接第123页)经试验得出:在茶叶烘焙过程中,有余热回收的茶叶烘焙机升温时间和加热时间都明显减小,而保温的时间延长.每台有余热回收的茶叶烘焙机每小时可省电2.2kw/h,按每度三相电0.73元,每台烘焙机每天工作8h计算,每台烘焙机每年大概可以省电约4625元,具有良好的经济效益.4结论试验说明有余热回收装置的茶叶烘焙机热交换强度高,有利于在平均温差下工作.结构简单,采用了管壳式的设计,增加了传热的面积,使得进入烘焙机的冷风的温度提高了1O～12℃,大大提高了烘焙的效率.而且安装方便,需要更换或者清洗时只需将管束抽出即可,经济合理且运行可靠.保证了热交换中的流体的阻力较小,减少了换热器的动力消耗,进一步的节约能源,提高效率,经济效益好,具有很好的开展前景.参考文献1余建祖.换热器原理与设计[M].北京:北京航天航空大学出版社,2006:25～27.2徐兴盛.废气燃烧装嚣余热回收热交换器的设计[J].群众科技, 2O06(4):103～1O5.3支浩.换热器的研究开展现状FJ].化工进展,2021(28):338~342. 4余建祖.换交换器设计中两种方法的比拟[J].郑州轻工学院学报,2006,21(1):81～83.5杨军飞.板式热交换器与管式热交换器的比拟分析[J].包装与机械,2021,29(7):205～2O6.6杨光,汤广发.小型热回收装置的可行性研究[J].建筑热能通风空调,2006,24(3):56～59.(上接第136页)4结论根据方便米线枯燥设备内温度,湿度测定结果并结合米线(饼)枯燥过程水分变化,推测出枯燥设备内局部的高温低湿和低温高湿区域,米线(饼)往返通过这些局部区域后引起快速枯燥或加湿,造成米线(饼)水分在总体逐步降低的趋势下有较大的波动.快速,频繁的反复枯燥,加湿不仅不利于米线(饼)枯燥的有效进行,而且其有可能成为米线断裂的原因,即当其波动幅度超过一定限度那么有可能引起米线产品产生裂纹并断裂.参考文献1张喻,杨泌泉,吴卫国.方便米线品质影响因素的研究[J].粮食与饲料工业,2004(7):16～17.2刘友明,谭汝成,荣建华.方便米粉加工原料的选择研究[J].食品科技,2021(3):133～136.3刘鑫,陈杰,孟岳成.枯燥型方便米线品质影响因素及其营养强化研究进展[J].食品科学,2o11,32(3):296～300.4冀智勇,吴荣书,刘智梅.影响方便米线复水性及常见问题的假设干因素研究[J].粮油加工与食品机械,2005(1):75～77.5熊柳,孙庆杰.枯燥方式对方便米线复水性影响的研究EJ].食品工业科技,2021,30(7):157～158.6赵思明,刘友明,熊善柏.高温高湿枯燥对方便米粉品质的影响EJ].粮食与饲料工业,2003(2):11～12.141。

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℃。

风冷式蒸发器换热计算一、设计计算流程图二、 设计计算（以HLR45S 为例）1、已知参数换热参数：冷凝负荷：Q e =31000W 蒸发温度：t k =－1℃回风干球温度：t a1=7℃，湿球温度t s1=6℃ 送风干球温度：t a1=4℃，湿球温度t s1=3.6℃ 工质质量流速：g ＝140 kg/(m 2*s) 冷凝器结构参数：铜管排列方式：正三角形叉排 翅片型式：开窗片，亲水膜 铜管型式：光管铜管竖直方向间距：S 1＝25.4mm 铜管水平方向间距：S 2＝22mm 紫铜光管外径：d 0＝9.52mm 铜管厚度：δt ＝0.35mm 翅片厚度：δf ＝0.115mm 翅片间距：S f ＝1.8mm 冷凝器尺寸参数排数：N C ＝3排 每排管数：N B ＝52排2、计算过程1）冷凝器的几何参数计算翅片管外径：f b d d δ20+=＝ 9.75 mm 铜管内径：t i d d δ-=0＝8.82 mm 当量直径：)()(2))((4411f f b f f b eq S d S S d S U Ad δδ-+---==＝3.04 mm单位长度翅片面积：322110/)4(2－⨯-=f b f S d S S f π＝0.537 m 2/m单位长度翅片间管外表面积：310/)(－⨯-=f f f b b s S d f δπ＝0.0286 m 2/m 单位长度翅片管总面积：b f t f f f +=＝0.56666 m 2/m 翅片管肋化系数：it i t d ff f πβ==＝20.46 2）确定空气在蒸发器内的状态变化过程：进风点：h1＝20.74kJ/kg ，d1＝5.5g/kg 出风点：h2＝16.01kJ/kg ，d2＝4.8g/kg在湿空气焓湿图上连接状态点1和2，并延长与饱和空气线相交于饱和点4，如图：饱和点：h4＝11.65kJ/kg ，d4＝4.2g/kg ，t4＝1.2℃ 在蒸发器中空气的平均焓：)42ln(2143h h h h h h --+=＝18.09 kJ/kgd3＝5.1g/kg ，t3＝5.3℃ 析湿系数：434346.21t t d d --+=ξ＝1.5493) 空气侧换热系数迎面风速假定：f w ＝2.1 m/s最窄截面处风速：))(/(11max b f f f f d S S w S S w --=δ＝3.64m/s 蒸发器空气入口干球温度为：t a1＝7℃ 蒸发器空气出口干球温度为：t a2＝4℃确定空气物性的温度为：2/)(21a a m t t t +=＝5.5℃ 在t m ＝5.5℃下，空气热物性：v f =13.75×10－6m 2/s ，λf =0.02477W/mK ，ρf =1.268kg/m 3，C Pa ＝1.005kJ/(kg*℃) 空气侧的雷诺数：f eq f v d w /Re max = =805.73由《制冷原理与设备》中公式（7－36），空气侧换热系数meq eq nf f O d d C ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=γλαRe '=47.98 W/m 2K 其中：362)(103)(000425.0)(02315.0518.0eqeqeqd d d A γγγ-⨯-+-=＝0.1852⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-=1000Re 24.036.1f A C ＝0.216 eq d n γ0066.045.0+=＝0.59311000Re 08.028.0f m +-=＝-0.2155铜管差排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.3，则空气侧换热系数为：(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证)'oo αα=×1.1×1.3＝68.62 W/m 2K 对于叉排翅片管簇：fd s 1=ρ＝25.4/9.75=2.6051 3.027.121'-=l l ρρ=2.7681 式中：21,l l 为正六边形对比距离，21l l =翅片当量高度：)'ln 35.01)(1'(5.0'ρρ+-=f d h ＝0.01169 mδλαa om 2==75.4 m -1翅片效率：')'(mh mh tgh f =η ＝0.802 表面效率：)1(1f tf s f f ηη--=＝0.812空气侧当量换热系数为：s o f ηξαα=＝85.81 W/m 2K 4）冷媒侧换热系数设R22进入蒸发器的干度x 1＝0.16，出口蒸发器时x 2＝1.0，则R22的总流量为：)(12x x r Q G er -== 0.17901 kg/sR22的总流通截面：gG A r==12.7866×10－4 每根管子的有效流通截面：42i i d A π=＝6.1067×10－5蒸发器的分路数：iA AZ =＝20.9 取Z ＝21 每一分路的R22流量：ZG G rd =＝0.008524 kg/s R22在管内蒸发时换热系数可按下式计算：343.02.02.0i 6.0g 7.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=cr c ii P P d q α＝8.3766q i 0.6（如果是内螺纹管，换热系数则需乘以系数1.2）由于R22与润滑油能相互溶解，可忽略管内侧污垢。