【HETA】蒸发器设计计算参数

上周我们分享了关于冷凝器换热设计计算流程和计算参数，有朋友在问是否能够分享蒸发器的设计计算参数。本期小编就来跟大家分享这方面的内容。

设计条件：

工质为R22；

制冷量3kW，蒸发温度t₀=7℃；

进口空气的干球温度为t_al=21℃；

湿球温度为C_bl=15.5℃；

相对湿度为f=56.34％；

出口空气的干球温度为t_a2=13℃；

湿球温度为t_b2=11.1℃；

相对湿度为f=80%；

当地大气压力P_b=1012Pa。

备注：虽然现在R22已被逐步淘汰，但本设计参数对于其他工质的蒸发器换热器设计也有借鉴参考意义。

  1、蒸发器结构参数的选择 

选用f10mm*0.7mm紫铜管，翅片厚度d_f=0.2mm的铝套片，肋片间距s_f=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n_l=4，迎面风速取w_f=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：

沿气流方向的管间距为：

沿气流方向套片的长度为：

设计结果为：

每米管长翅片表面积：

每米长翅片间管子表面积：

每米管长总外表面积：

每米管长管外表面积：

每米管长的内面积：

肋化系数：

每米管长平均表径的表面积：

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：

空气在下17℃的物性参数：

2）最窄截面处空气流速

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：

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:

在空气的焓湿图上链接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和气线（ψ=1.0）相交于点W，该点的参数是:

在蒸发器中空气的平均比焓值:

由焓湿图查得：

析湿系数：

5、循环空气量的计算：

‍

进口状态下干空气的比体积：

循环空气的体积流量：

6、空气侧当量表面传热系数的计算：

对于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率h_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，且此时翅片的长对距离和短对边距离之比：

肋折合高度为：

凝露工况下翅片效率为：

当量表面传热系数:

7、管内R22蒸发时的表面传热系数

R22在t₀=7℃时的物性参数为：

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：

作为迭代计算的初值，取q_i=7200W/㎡，R22在管内的质量流速gi=160kg/（㎡.s）。则总流通面积为：

每根管子的有效流通截面积：

蒸发器的分路数：

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：

每一分路中R22在管内的实际质量流速为：

于是：

8、传热温差的初步计算：

9、传热系数的计算：

管内污垢热阻r_i可以忽略，接触热阻以及导热热阻之和取为：

10、核算假设的qi值：

计算表明，假设的q_i=7200W㎡初值与核算的值6851W㎡较为接近，故假设有效，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:

蒸发器所需传热管总长和迎风面积：

取蒸发器的宽度B=350mm,高H=300mm。实际迎风面积为：

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：

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：

传热管的实际内表面积传热面积为：

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：

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）总的外表面积为：

总翅片数为：350÷2.5=140  再加1为141片，翅片的总外表面积：

套片管的总外表面积：

根据“计算单元”计算的总外表面积只有

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=89.95mm，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

F_t由小型制冷装置设计与指导图（4-21）确定，

所以

由

可以查表得修正系数=1.18