满液式蒸发器设计计算

1、第一章满液式蒸发器设计计算1.1满液式蒸发器设计计算模型管束之间的距离不能太大，也不能太小。管间距很大的时候，管束之间沸腾换热不会相互影 响，单管换热效果好，但是对于整体会造成制冷剂不能充分沸腾，换热面积减小；如果管间 距太小，则制冷剂沸腾量增大，但是由于沸腾过程中气泡的扰动，会使得相邻管束之间相互 干扰，尤其是下部管子沸腾后产生的气泡会对上部管子的沸腾起到抑制作用，这一部分已在 第二章中介绍过。满液式蒸发器在设计时，应首先确定制冷剂种类、压缩机形式、压缩机运行工况等，按 照这些参数进行设计计算50设计时，几个主要参数的选择如下：1）结构形式满液式蒸发器在设计时，制冷剂从底部或侧面进入，制冷剂

2、蒸汽从顶部出来。 为了防止制冷剂液体出来进入压缩机造成液击等，小型蒸发器可在顶部焊接一个 气包，大型蒸发器则在壳体上部预留一定的空间，使工作时，液面上部有13 排管子。本设计采用CO2做制冷剂，制冷剂从底部进入壳体中，蒸汽从顶部出来， 壳体内液面上部有一排管子。2）水流速度的选择水流速度取为0.52.5m/s，计算过程中取1.5m/s。3）水在蒸发器内部的降温水在蒸发器内部的降温一般控制在25C之间。降温大，会使水与制冷剂 之间的换热温差减小，需要的传热面积大；降温小，会使水流量增大，水泵耗功 增大。满液式蒸发器在运行时，壳体内制冷剂的充注量对蒸发器的工作性能有较大 的影响。当制冷剂为氨时，氨

3、的液面高度应控制在壳体直径的70 %80 %；如 果制冷剂为氟利昂，则液面高度应控制在壳体直径的55%65 %51。制冷剂的液面高度不能太低，也不能太高。如果液面过低，则蒸发器的有效 换热面积减小，不能充分发挥沸腾传热作用，冷冻水的出口温度就可能达不到设 计要求；反之，如果液面过高，则有可能沸腾换热不充分，有可能将液体制冷剂带入到压缩机，造成液击现象，对压缩机造成损害；并且受液体静压力的影响， 蒸发器下部液体的蒸发温度会提高。在实际的运行过程中，氨的充注量一般浸没 换热管即可，若采用氟利昂类制冷剂，因其沸腾时产生大量的泡沫，液面以上露 出13排换热管即好。为了保证满液式蒸发器壳体内制冷剂的充注

4、液面高度适中，在蒸发器结构设计过程中，需对 管板上换热管的布置方式进行设计。目前，关于满液式蒸发器的管排设计，大都是在传统管 壳式换热器的设计基础上凭借经验完成管板上换热管的布置，这种管排设计方法容易造成壳 体内液面高度过高或过低，从而导致对压缩机造成液击或使蒸发器换热能力降低等现象，整 体效果下降521.1.1冷冻水流量(4-1)式中：V 冷冻水流量，m3/h ； Q 一换热量，kW ； C 冷冻水比热，kJ/kg ；七、一冷冻水进出口温度，C。1.1.2对数平均温差(4-2)(4-3)t inoutm ln(疽。)Wo式中：一对数平均温差，C； I。一蒸发温度，C。1.1.3传热面积F 1

5、000Q-KATm式中：F 换热面积，m2； K 传热系数，W/(m2k)，计算过程中首先先假定传热系数， 等计算完成后进行校核调整。1.2满液式蒸发器结构设计本蒸发器设计为固定管板式，结构紧凑。两端的管板固定在壳体上，管板为圆形，以法兰连接。换热管在壳体内的布置形式主要有三种：等边三角形、同心圆 形、正方形。如图4-1所示。图4-1管束布置形式等边三角形布管方式比较紧凑，同时便于管板加工，本文采用等 边三角形布管方式。1.2.1确定换热管尺寸d。为换热管外径，m； d.为换热管内径，m。1.2.2确定冷冻水的流通面积根据热力计算的结构，确定每流程需要的冷冻水的流通面积。vs 3600V（4-

6、4）式中：s 一流通面积，m2； y 一换热管内冷冻水流速，m/s。1.2.3确定所需管子数4sn 兀d 2i式中：n 一管子数（4-5）1.2.4确定所需换热管总数N zn式中：z 一管程数（4-6）1.2.5确定每根换热管长度L = -(4-7)兀d N式中：L 一总长，m1.2.6确定管间距管中心距一般取为管子外径的1.251.5倍，管子边缘之间的距离不应小于 4mm，最外部管子的外边与壳体的内表面的距离大于4mm。计算过程中管中心 距取为管子外径的1.5倍，最外部管子的外边与壳体的内表面的距离为管子外径。1.2.7确定壳体尺寸六边形对角线上的管子数：n，= 1.1、：N(4-8)计算结

7、果取整。管板上管束最大直径：D = (n-1)*1.5d + d(4-9)则壳体内径为：Di = D+ 2d(4-10)O根据热力计算及结构设计，实际壳体内径取为：Di = eDi(4-11)8=1.3,换热管越多，该数值越大。则实际满液式蒸发器管板管束最大直径：D = Di-2d(4-12)OD ”一 d 管板中心线上的管子数：n = D +1(4-13)1.5d 0计算结果取整。管板中心线以上半圆范围内的管子数：n1=(4-14)3N。按照上述步骤进行满液式蒸发器的设计计算后，对其进行校核，计算换热系数K,并与设 计计算时的换热系数K进行比较。当K/K的值在1.11.2之间时，满液式蒸发器

8、的设计 符合要求，否则，需重新调整K，进行后续的计算，直到满足要求为止。1.2.8确定壳体尺寸满液式蒸发器中的流动压降，包括管内载冷剂水的流动压降和管外制冷剂CO2的流动 压降。管外制冷剂的压降包括制冷剂与管子平行流动时的阻力以及横掠管束时的阻力。对于 满液式蒸发器，制冷剂相对于整个蒸发器而言，速度很小。制冷剂横掠管束时的阻力为：p = 2nf p u 2(4-17)0.75zo s-d (Reo )0.2do(4-18)A = DL(4-19)(4-20)式中：f 阻力系数；n 一壳体直径上的管数；p一制冷剂液态密度，kg/m3；u 横向流速，m/s； s 管间距，m； d 管外径，m； q 体积流量，m3/s；A流通面积，m2； D 管壳直径，m； L 壳体长，m。管内载冷剂的流动压降主要是沿程阻力压降:p = Lp u 2 f