换热器计算汇总

1一、冷凝器热力、结构计算1.1冷凝器的传热循环的确定根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015tC，过热度5rtC，即吸入温度110tC；过冷度5KtC,冷凝器出口温度535kktttC，则Ctk40.查《冷库制冷设计手册》第441页图6-7，R22在压缩过程指示功率82.0ikgkJh/4051kgkJh/4452KkgkJss/7672.121kgmv/06535.031kgkJh/4183kgkJh/2504kgkJh/2435kgmv/108673.0335kgkJhhwt/4040544512(3.1)kgkJwwiti/8.4882.040图1-1系统循环p-h图lgp/MPa2kgkJwhhis/8.4538.4840512再查R22的圧焓图得Cts802kgmvs/02.032所需制冷剂流量为skghhQqskmo/3834.02438.45381521.2冷却水流量vsq和平均传热温差mT的确定1.2.1冷却水流量vsq确定冷却水进、出口温度Ct322,236tC，平均温度Ctm34，由《传热学》563页的水的物性表可得:3994.3/kgm4174/()pcJkgK620.746610/ms262.4810/()WmK则所需水量:smttcQqpkvs/10879.4323641743.9941081333'2''21.2.2平均传热温差mT的确定由热平衡：2323()()mospvsqhhcqtt，有2332()mospvsqhhttcq=C3.3510879.4174.43.9944188.4533834.0363Cqchhqtvspmo13.3210879.4174.43.9942432503834.032t354'243各段对数平均温差（1）段：Ctttttttttkkm05.5323513.3240ln323513.3240ln'254'2541（2）段：Ctttttttkkm15.63.354013.3240ln13.323.35ln34432（3）段：Ctttttttttksksm57.173.35403680ln3.35403680ln3''223''223整个过程的平均温差（积分平均温差）Cthhthhthhhhtmsmmsm83.657.174188.45315.625041805.52432502438.453332243154521.3换热管的选型根据《小型制冷装置设计指导》第71页表3-4，选用3号滚轧低翅片管为传热图1-2冷凝器流体温度变化简图4管,16mm×1.5mm，因其增强系数相比较大，有利换热。有关结构参数为:10.4idmm15.1tdmm0.4tmm12.4bdmm1.2fsmm单位管长的各换热面积计算如下:2222222222/0.01510.0004/0.0012/0.0158/()/(2)(0.01510.0124)/(20.0012)/0.0972/()/0.0124(0.00120.0004)/0.0012/0.026/0dttfftbfbbftfiiadsmmmmaddsmmmmadssmmmmad翅顶面积翅侧面积翅间管面面积2222.0104/0.0327/(0.01580.09720.026)/0.139/ofdfbmmmmaaaammmm单位管长管外总面积1.4估算传热管总长假定按管外面积计算的热流密度2/5000mWqv.则应布置传热面积2002.16500086000mqQFk应布置的有效总管长maFLof117139.02.1601.5确定每流程管数Z、有效单管长l及流程数N冷却水进出口温度Ct322,2t＝36℃,平均温度Ctm34，由水的物性表可得:3994.3/kgm4174/()pcJkgk620.746610/ms262.4810/()Wmk所需冷却水体积流量：smttcQqpkvs/10879.4323641743.9941081333'2''2则冷却水质量流量：skgqqvsms/851.410879.43.9943根据《热交换器原理及设计》第294页及《小型制冷装置设计指导》第685页表3-2有关年运行小时的规定：初选冷却水流速度smu/0.2,则每个流程管数：7.280104.00.214.310879.444232ivsudqZ取整数Z=29根，即实际水流：smZdquivs/98.1290104.014.310879.444232。管程数N与管子的有效长度l的乘积为N·l，即：mZdFlN43.1329012.014.32.1600采用管子成正三角形排列的布置方案，由《热交换器原理与设计》表2.3可取管中心距S=22mm。对于不同的流程数N，就有不同的管长l和壳体内径Di对流程数N,总根数NZ,有效单管长l,壳体内径iD及长径比/ilD进行组合计算,组合计算结果如表1-1所示:表1-1流程数N总根数NZ有效单管长l=/LNZ(m)壳内径iD（m）长径比/ilD2582.020.18011.2241161.010.2484.06其中壳体内径的选择根据《冷库制冷设计手册》第606页对壳体的规格进行选择。分析上面的组合计算结果,由《热交换器原理及设计》第54页规定，对壳体的长径比一般在4-25之间,故选择4流程作为冷凝器结构设计依据。61.6传热管的布置排列及主体结构现采用管子成正三角形的布置方案，根据《热交换器原理及设计》第45页表2.3换热管中心距的规定，当换热管外径为16mm时，选管距22smm、分程板两侧相邻管中心距35Elmm。为使传热管排列有序及左右对称,共布置124根管,采用平行隔板分开四流程。1.7传热水平管的布置排列及平均管排数mn根据上面管子安排和流程数N的情况可知：N=4，总管子数N·Z=116，则传热管布置在四流程内，用平行隔板分开，每流程的管子数依次为:25,33,33,25。如图1-3所示：图1-3管子的布置排列1.8传热计算及所需传热面积确定1.8.1水侧表面传热系数计算从水物性表及《小型制冷装置设计指导》第78页表3-12知:水在034Cmt时,运动粘度620.746610/ms物性集合系数1395.623.262186.44mBt雷诺数461027581107466.00104.098.1Revudi,即水在管内的流动状态为湍7流,则由《小型制冷装置设计指导》第78页式(3-5):水侧表面传热系数：)/(6.94110104.098.144.218622.08.02.08.0KmWduBaiwi1.8.2氟利昂冷凝表面传热系数计算由上面图（1）的传热管的布置方式，布置在4个四分之一的扇形内，每个扇形分4行，每行的管子数依次为:5,5,5,6。由《小型制冷装置设计指导》第77页式(3-4)计算管排修正系数:765.01166144526833.0833.0833.021833.0833.02833.01zznnnnnnn根据所选管型,低翅片管传热增强系数由《小型制冷装置设计指导》第77页式(3-2)计算，其中环翅当量高度：2222()/4(15.112.4)/(415.1)3.86tbthdddmmmm增强系数：0.250.25/1.1()(/)/0.026/0.1391.1(0.01580.0972)(12.4/3.86)/0.1391.384bofdfbofaaaadha由《小型制冷装置设计指导》第76页表3-11,R22在冷凝温度40,1447.1ktCB由《小型制冷装置设计指导》第76页式(3-1)计算：氟利昂侧冷凝表面传热系数：25.0025.025.025.025.07.3328)(765.0384.10124.01.1447725.0)(725.0wokwoknbkottttBda其中okwott(wot是管处壁面温度)1.8.3传热系数oK传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为okwott；第二部分是热量经过管外污垢层、管壁、管内污垢层以及冷却水的传热过程，其传热温差0083.6mmwoitttt(其中wot是管外8污垢外壁面的温度)。由《热交换器原理与设计》第292页附表C得:水侧污垢系数20.000086()/irmKW忽略氟利昂侧油膜热阻，由《小型制冷装置设计指导》第78页式(3-6)和式(3-7)计算热流密度q(单位为2/Wm)第一部分的热流密度75.00017.3328koaq第二部分的热流密度000283.616.12060358.0139.03930012.00327.0139.0000086.06.9411183.6183.6mofiofiwiaaaaraq(其中是低翅片管翅管壁厚度,是紫铜管热导率,取393/()WmK,ma是低翅片管每米管长翅根管面平均面积,即()/2mibadd)因为传热是串联，则有12qq。选取不同的o(单位为C)进行试凑,计算结果如表1-2所示:表1-2/oc1q2q2.005598.15825.42.055702.85765.22.105806.85704.8当C05.20时,1q与2q误差只为1.09%，小于3%，符合要求。此时Cttkwo95.3705.2400，取22210/5000/57342mWmWqqq,与前面假定的2/5000mW相差12.3%15%，符合要求。传热系数：)/(53.83983.65734200KmWtqkm91.8.4传热面积ofF与有效管长l确定计算实际所需传热面积:20202.1613.14573481000mFmqQFkof初步结果设计中所需要的冷凝传热面积22.16m较传热计算传热面积大12.7%，可作为冷凝传热面积富裕量。即初步结构设计所布置的冷凝传热面积能够满足负荷的供热要求，表明假设是可取的。管子的有效长度mNaFlofof876.0116139.013.14适当增加长度，根据《热交换器原理与设计》第54页推荐的换热管长度，选取传热管有效单管长t1.0lm。则实际布置管外冷凝传热面积202.160.1139.0116mF，较传热计算所需传热面积大12.7%，冷凝传热面积有足够的富裕量。二、冷却水侧阻力计算根据《制冷原理与设备》P222公式(9-64)(9-65)得：水的沿程阻力系数02455.0275813164.0Re3164.025.025.0冷却水的流动阻力PaNdlNupit01.33021)]14(5.10104.00.1402455.0[98.13.99421)]1(5.1[2122（其中tl为传热管有效单管长，由上面有t1.0lm）考虑到外部管路损失，冷却水泵总压头约为MPaMPpp13302101.0a01.033021.01.01.0'取离心水泵的效率0