蒸发器的设计计算

已知条件：工质为R22,制冷量3kW，蒸发温度t07C，进口空气的干球温度为ta121C，湿球温度为tb115.5C，相对湿度为56.34％;出口空气的干球温度为ta213C，湿球温度为tb211.1C，相对湿度为80％；当地大气压力Pb101325Pa。 （1）蒸发器结构参数选择

选用10mm0.7mm紫铜管,翅片厚度f0.2mm的铝套片，肋片间距

sf2.5mm，管排方式采用正三角排列,垂直于气流方向管间距s125mm，沿气流方向的管排数nL4,迎面风速取wf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

dbdo2f1020.210.4mm

沿气流方向的管间距为

s2s1cos30250.86621.65mm

沿气流方向套片的长度为

L4s2421.6586.6mm

设计结果为 L3s225321.6525.95mm 每米管长翅片表面积：

1000 af2s1s2db24sf3.1421000 22521.65 10.442.50.3651m2m

每米管长翅片间管子表面积：

abdb(sff)sf

3.1410.42.50.21000 2.50.03m2m

每米管长总外表面积：

aofafab0.36510.030.3951m2m

每米管长管内面积:

aidi3.14(0.010.00072)0.027m2m

每米管长的外表面积:

ab0db3.140.01040.03267m2m

肋化系数：

每米管长平均直径的表面积：

aofai0.395114.63

0.0270.01040.00862amdm3.140.02983mm

2（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

tf空气在下17C的物性参数

ta1ta2211317C 22f1.215kgm3

cpf1005kJkgK

Prf0.704

vf14.48106ms

②最窄截面处空气流速

wmaxwfsfs1252.535.58ms

s1dbsff2510.42.50.2③干表面传热系数

干表面传热系数用小型制冷装置设计指导式(4—8）计算

wmaxd0 40.00140.2618vf0.4aofabo0.15

5.580.0104 0.00140.2168614.4810 0.00792

0.40.39510.032670.15

04fwmaxcpfPr230.007921.2155.5810050.7042368.2Wm2k

（4)确定空气在蒸发器内的变化过程

根据给定的进出口温度由湿空气的焓湿图可得

h143.3kJkg,h231.924kJkg,d18.723gkg,d27.443gkg。在空气的焓湿图上连接空气的进出口状态点1和点2,并延长与饱和气线1.0相交于点w，该点的参数是hw25kJkg,dw6.6gkg,tw8C. 在蒸发器中空气的平均比焓值

hmhwh1h243.331.9242536.73kJ/kg

h1hw43.3251n1n31.92425h2hw由焓湿图查得tm16.2C,dm8gkg 析湿系数

12.46（5）循环空气量的计算

dmdw86.612.461.42

tmtw16.28qm,daQ033600944.06kgh

h1h243.331.924进口状态下干空气的比体积

v1RaT110.0016d1

Pb287.4273.152110.00168.723

101325  0.846m3kg 循环空气的体积流量

qv,aqm,dav1944.060.846798.67m3/h

（6）空气侧当量表面传热系数的计算

j0affab afab对于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率f小型制冷装置设计指导式(4-13）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

AB251,且m2.4 Bdb10.41.27mA0.3 B 1.272.410.3 2.55 肋折合高度为

hdb110.35ln10.42.55110.35ln2.5510.7mm 22m20268.21.42.061

m2360.2103ff凝露工况下翅片效率为

th(mh)th.0610.7103f0.8683 3mh.0610.710当量表面传热系数

j0affab afab0.86830.3650.03 1.4268.2

0.3951 85.06W/(m2K) （7）管内R22蒸发时的表面传热系数 R22在t07C时的物性参数为： 饱和液体密度 l1257.3kgm3 饱和蒸气密度 g26.43kgm3 液体粘度 l202.2106Pas 气体粘度 g11.815106Pas 汽化热 0199.56kJkg 液体热导率 l13.2103W/mK 蒸气热导率 g9.93103W/mK 液体普朗特数 Prl2.62 蒸气普朗特数 Prg0.92

R22在管内蒸发的表面传热系数由小型制冷装置设计与指导式（4-5）计算。计算查的R22进入蒸发器时的干度x10.25，出口干度x21.0。则R22的总质量流量为

qmQ036003360072.16kgh

0x2x1199.5610.25作为迭代计算的初值,取qi7200Wm2，R22在管内的质量流速

gi'160kgm2s.则总流通面积为

Aqm72.16421.2510m 'qi36001603600每根管子的有效流通截面积

3.140.00862Ai5.8105m2

44di2蒸发器的分路数

A1.25104Z2.16

Ai5.8105结合分液器的实际产品现状，取分路数为 Z=2 每一分路中R22的质量流量为

gmqm72.1636.08kgh Z2每一分路中R22在管内的实际质量流速为

gi于是

gm36.08172.8kgm2s 53600Ai36005.810B01xC0x0.8qi7.22.1104 gir172.8199.560.5gl10.62526.43.30.62512570.80.50.09634

2gi2172.8Frl20.224 2lgdi1257.39.80.0086g1xdi172.810.6250.0086Reli2756.08 6l202.210l0.023Rel0.8Prl0.4 0.0232756.08207.11

cilC1C025FrlcC3B0cFfl

254ldi0.8

2.620.40.0932

0.0086207.111.1360.096340.9250.2240.3667.22.11040.72.2

4050.35Wm2K

（8）传热温差的初步计算

mta1ta221139.44C

ta1t0217lnln137ta2t0（9)传热系数的计算

管内污垢热阻ri可以忽略，接触热阻以及导热热阻之和取为

r00.0048Wm2K

k01aofiair0110.395110.00484050.350.02785.0649.6Wm2K

j（10）核算假设的qi值

qok0m49.69.44468.2Wm2

qiaofaiqo0.3951468.26851Wm2 0.027计算表明,假设的qi7200Wm2较接近，故假设有Wm2初值与核算的值6851效，可用。

（11)蒸发器结构尺寸的确定 蒸发器所需的表面传热面积

Ai'Q030000.417m2 qi7200Q030006.408m2 qo468.2'A0蒸发器所需传热管总长

'A06.408l16.21m

aof0.3951't迎风面积 Afqv,awf798.670.074m2

33600取蒸发器的宽度B350mm,高H300mm。实际迎风面积为

Af0.350.30.105m2.

已选定垂直于气流方向的管间距为s125mm，故垂直于气流方向的每排管子数为

n1H30012 s125深度方向为4排，共布置48根传热管，故传热管的实际总长为

lt0.354816.8m

传热管的实际内表面传热面积为

Ai48di0.35483.140.00860.420.454m2

Ai0.4541.09 Ai'0.417lt16.81.04 'lt16.21下面计算蒸发器的实际外表面积 48根0.35m长的管其翅片间管子表面积

350483.140.01040.350.00020.505m2

2.5管子左右两边都要伸出一定距离，分别取为10mm，3mm；U型管需要用弯头相接，取弯头半径为R12.5mm.由于管径很小，伸出部分换热可以忽略不计。 每一翅片（宽312.5mm，深约为90mm)总的外表面积

3.140.0122 20.31250.09480.0487m4总翅片数为 3502.5140 再加1为141片 翅片的总外表面积

1410.04876.867m2

套片管的总外表面积

6.8670.5057.372m2

根据“计算单元”计算的总外表面积只有

ftlt0.395116.86.638m2

二者有一定差距，但是在误差范围之内。

综上分析设计,可以定出翅片结构参数如下：高度为312.5mm，深度为

21.65325.95mm，宽度为350202390mm.

（12)空气侧阻力计算

空气侧阻力计算根据小型制冷装置设计与指导式（4—10和4—12)进行。首先计算pt

Atd010003.141010002.1 Ac,t2510100025101000ft由小型制冷装置设计与指导图（4-21）确定，

Reds1wmaxd05.580.013853.6 6vf14.4810sd0PTs25252.5 11.155 x1 PT1sPLs221.65d0102d0由PT及Red查得ftz0.4，于是

ftftzNAc,tAt0.4410.762 2.11.3180.521s1ff0.508Redd0

1.3180.508(3853.6)0.023

0.5212510

Atw2max5.582pfft0.7622.120.5Pa

Ac,t2f21.215Afw2max ptffAc2f5.58 0.36510.02322510.42.50.21681061.215219.07Pa

所以 ppfpt20.519.0739.57Pa 由

110.7可以查表得修正系数1.18

1.42pwp39.571.1846.7Pa