换热器计算.docx
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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t = -15(,过热度事r= 5(,即吸入温度3 = -10七;过冷度 &k=5,冷凝器出口温度t5=tk - Atk=35(,则 tk =40 C .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) = 0.82h1 =405kJ/kgh2 =445kJ/kgs1 = s2 = 1.7672kJ / kg K3 .v1 =0.06535m /kgh3 =418kJ/kgh4 = 250kJ/kg33h5 =243kJ/kgv 0 0.8673 10 m /kgwt =h2 -几=445-
2、405=40kJ/kg(3.1)wt40wi48.8kJ / kgi 0.82a25h2s =h1 +w =405+48.8 =453.8kJ/ kg再查 R22MH含图得 12s =80Cv2s = 0.02m3/kg所需制冷剂流量为 qmo = Qk=81= 0.3834kg / sh2s-h5453.8 -2431.2冷却水流量qv评口平均传热温差的确定1.2.1 冷却水流量qvs确定冷却水进、出口温度t2 = 329,t2 = 36 C ,平均温度tm = 34 2 , 由传热学563页的水的物性表可得: -994.1kg/m3cp =4174J/(kg K) v =0.7466 10
3、_6m2/s =62.48 10,W/(m K)则所需水量:qvsQkK J -k:Cp t2 - t2381 103J3 3 =4.879 10 m3/s 994.3 4174 36 -321.2.2平均传热温差&Tm的确定由热平衡:qmo (h2s h3) = PCpqvs 父(t2 - ts),有t3 = t2qmo(h2s -h3) *0.3834453.8-418=36 三 3 35.3 C?Cpqvs994.3 4.174 4.879 10p vsX J . qmo h4 -h5 t4 :七:Cpqvs=32 +0.3834250-243)=32 13 c994.3 4.174 4
4、.879 1。各段对数平均温差(1)段:(2)段:80EC(3)段:-tm3ru图1-2冷凝器流体温度变化简图tm1-3=40-3213 工35 32 = 5.05。ln24t5 -t235-32卫丝辿=6.15 C ,40 -32.13 ln 40 -35.3,七卡一耍,事工t2s -t2 - tk -t380 -36 - 40 -35.3,In达Wtk -t3lnJ0a40-35.3=17.57 C整个过程的平均温差(积分平均温差),tmh2s _ h5h4 飞.h3 -九,h2s -h3 :tm1- :tm2 :tm3453.8 -243250 -243 418-250 453.8-41
5、85.056.1517.57= 6.83 C1.3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管,- 16mm104,即水在管内的流动状态为湍0.7466 10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:awi =bU5T =竺6丝等一=9411.6w/(m2 K) di 0.01041.8.2 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 o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:no.833 . n0.833
6、- .-.-n0.833 6 2 0.8335 4 0.833 1 4 6 0.833;n12z = = 0.765n1 n2-nz116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:h“二戒(dt2 d:)/4dt =或(15.12 -12.4 2)/(4 15.1 )mm = 3.86 mm增强系数:a。 1.1(ad向2/产/%八 =0.026/0.139 1.1(0.0158 0.0972)(12.4 /3.86)0.25 / 0.139 = 1.384由小型制冷装置设计指导第 76页表3-11,R22在冷凝温度 tk = 40
7、 *C , B = 1447.1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:0.250.25ako =0.725Bdb;n(tk - two)= 0.725 1447.1 0.0124425 1.384 0.765 (tk -two).25=3328.7 uj25其中8。= tk - two (two是管处壁面温度)1.8.3 传热系数Ko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,其传热温差为九二tk - two ;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 旬=two -tm = Atm -% =6.83-%
8、(其中two是管外污垢外壁面的温度)由热交换器原理与设计第292页附表C得:水侧污垢系数ri = 0.000086( m 2 K ) / W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W/m2)第一部分的热流密度qi =ak。飞=3328.7铲第二部分的热流密度6.836.83-入q2 71+、盟+9 现 7,+0.000086)39+3父皿a lai九 am19411.6”03273930.0358二1206.16 6.83-(其中6是低翅片管翅管壁厚度,人是紫铜管热导率,取九=393W/(mK),am是低翅片管每米管长翅根管面平均面
9、积,即am=n(di +db)/2)因为传热是串联,则有q1 -q2o选取不同的生(单位为口C )进行试凑,计算结 果如表1-2所小:表1-2cqq22.005598.15825.42.055702.85765.22.105806.85704.8当日。=2.05:C时,q与q2误差只为1.09%,小于3%符合要求。此时two =tk -% =40-2.05 =37.95 C ,取 q0 = q1 +q2 =5734W/m2 a 5000W / m2,与前 2面假定的5000W/m2相差12.3% ?魏侬(m )者;b)辘郴蝴脑下的耕山。喇m中端1 C 12 2222 目匚 p 7W此叼 P2s
10、u2 =u2 =乂13.4 = 8978kg/(m s ) 2230kg/(m s ),所以要v2s0.02设防冲板。(2)根据小型制冷装置设计指导第75页规定:初选制冷剂液体速度u4=0.5m/s,则出液管的内径:di43.14 0.54 3.33 10=29.2mm查冷库制冷设计手册得,选取无缝钢管138M3.5 ,内径di5 =31mm4则实际制冷剂液体流速u5 =% =4 3.33 10 2 = 0.441m/s二di53.14 0.0312此时212122205出=一见=父 0.441 = 224.3kg/(m s ) 2230kg /(m s2),故需安装防 v2s 0.02冲板。
11、根据GB151-1999管壳式换热器第78页5.11.4规定,取厚度为3mmi不锈钢作为防冲板,规格为:a xa =88mmx88mm ,直接焊在拉杆上。3.3壳体根据先前设计布管情况,由冷库制冷设计手册第605页无缝钢管规格,和换热器原理与设计55页,选择用Di=305mm外径为Do=325mm厚度S=10mm 的无缝钢管作为壳体材料。3.4管板根据GB151-1999管壳式换热器第29页图18,选用e型管板。为达密封 效果,管子与管板连接采用胀接法。图18完选择管板兼做法兰,根据制冷机工艺第111页表6-6 ,查得与管子连接 方式有关的系数工=1.15,与管板兼做法兰有关的系数f2=1.3
12、0。由制冷机工艺P111经验公式(6-4)得管板厚度:t = f1 f2 (17 0.0083Di) =1.15 1.30 (17 0.0083 305)mm = 29.2mm实际可取t=30mm3.5端盖根据制冷机工艺第112页关于封头的规定(结构如下图):标准椭圆封头的的长短轴之比为 2:1 ,长轴R等于筒体的内径Di,Di 305选用 S = 6mm, R = 305mm, hi = 一 =mm = 76.25mm44h0 =hi S =76.25 6 =82.25mm, L =8%Di =0.08 305 =24.4mm封头3.6 支座3.6.1 支座选型根据小型制冷装置设计指导第 7
13、5页,选用如下支座(相关尺寸如下)阳3-9 克摩7| -查表 3-9 得,K = 200mm, L = 280mm3.6.2 支座定位:根据GB151-1999管壳式换热器第89页5.20.1的规定:图595.20.1鞍式支座如图59所示。鞍式支座在换热器上的布置应按下列原则确定:Q 当心言3 000 mm 时取 L= (0. 4O. 6)上:b)当 LS 000 mm 时取 理=(口. 5 - 0. 7)上:c)尽量使Lt和晨相近。MLB = 500mm, LC = Lc = 250mm(其中 L = 1000mm) 03.7 支撑板由换热管长l=1m得,(根据热交换器原理与设计第 50页表
14、2.5 ,对换热管外径为16mm勺最大无支撑跨距是1100mm故需至少一块支撑板),考虑到 GB151-1999管壳式换热器第75页5.9.5.1关于支撑板安装的需求,取 2块 支撑板缺口上下方向交替排列均匀布置,此时换热管无支撑跨距为333.33mm根据热交换器原理与设计第51页表2.6 :取支撑板厚度为4mm直接焊接在 拉杆上。3.8 拉杆根据GB151-1999管壳式换热器第77页5.10.2表43、表44,拉杆直径 为12mm考虑到支撑板的固定与布置,取杆数为41g(布置如上图1-1所示)。3.9 法兰类选择3.9.1 连接管法兰 根据GB/T 9119-2000第2页5.3.2的规定
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