蒸发器选型

蒸发器的选型
什么是蒸发器
蒸发器是制冷系统四大部件之一，是专门 供液态制冷剂在其中沸腾蒸发的部件或设 备。 蒸发是吸热过程，蒸发器是制冷系统制冷 能力和作用的最终体现。
衡量蒸发器的指标 1.传热系数 提高传热系数的关键在于改善制冷剂与传 热管壁间的对流换热。由于制冷剂沸腾时 的表面传热系数远大于其蒸气与管壁间的 传热系数，所以蒸发器中液体与管壁的接 触面要大，并要将沸腾时产生的蒸气快速 排走。 2.增大传热面 增加传热管的数量 采用翅片管
5.折流挡板
换热器安装折流挡板是为了提高壳程对流传热系数，为了 获得良好的效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对常 用的圆缺形挡板，弓形切口过大或过小，都会产生流动 “死区”，均不利于传热，见P431图6-30。一般弓形缺 口高度与壳体内径之比为0.15～0.45，常采用0.20和0.25 两种。 挡板的间距过大，就不能保证流体垂直流过管束，使流速 减小，管外对流传热系数下降；间距过小不便于检修，流 动阻力也大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍， 我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有150， 300和600mm三种；浮头式有150，200，300，480和 600mm五种。
8流体通过换热器压强降的计算
(1)管程压强降 管程产生的阻力可按一般摩擦阻力公式计 算，对于多程换热器，管程压强降Σ∆pi为各程直管压强降 ∆p1和局部阻力产生压强降∆p2之和，因而： Σ∆pi=(∆p1+∆p2)FtNpNs 式中： Ft —— 结垢校正系数，无量纲，对Φ25×2.5mm 管取为1.4，对于Φ19×2mm管取为1.5； Np —— 管程数； Ns —— 串联的壳程数。 其中： L ρu i2 ∆p1 = λ di 2
3冷却剂或加热剂出口温度的选择
在换热器设计中加热剂或冷却剂出口温度需由设计者确定。 如冷却水进口温度需依当地条件而定，但出口温度需通过经 济权衡作出选择。在缺水地区可使出口温度高些，这样操作 费用低，但使传热平均温差下降，需传热面积增加使得投资 费用提高，反之亦然。根据经验一般应使∆tm大于10℃为宜， 此外若工业用水作为冷却剂出口温度不宜过高，因工业用水 中所含的盐类(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、MgSO4等)的溶解 度随温度升高而减小，若出口温度过高，盐类析出，形成垢 层使传热过程恶化，因此一般出口温度不超过45℃。所以应 根据水源条件，水质情况等加以综合考虑后确定。水源严重 缺乏地区可采用空气作为冷却剂，但使传热系数下降。对于 加热剂可按同样原则选择出口温度。
6.4.2 列管换热器的选用和设计计算基本步骤：
1估算传热面积，初选换热器型号 估算传热面积，初选换热器型号 (1)根据传热要求，计算传热量。 (2)确定流体在换热器两端的温度，计算定性温度并确定 流体物性。 (3)计算传热温度差，根据温差校正系数∆t≥0.8的原则， 决定壳程数。 (4)选择两流体流动通道，根据两流体温差，选择换热器 型式。 (5)依据总传热系数的经验范围，初选总传热系数K值。 (6)由总传热速率方程计算传热面积，由S确定换热器具体 型号(若为设计时应确定换热器基本尺寸)。
2流体流速的选择
流速的大小不仅直接影响对流传热系数，而且影响污垢热 阻，从而影响总传热系数，但同时又和流动阻力有关。应 通过经济权衡选择适宜的流速，但相当复杂，表4-14至表 4-16列出常用的流速范围，可供参考。充分利用系统动力 设备允许的压强降来提高流速是换热器设计和选用的一个 重要原则，但应全面考虑，照顾到结构上的要求，但所选 的流速，不应使流体在滞流状热器壳体内径应等于或稍大于管板直径，通常是根据管径，管 数和管子的排列方法，用作图法确定。当管数较多又要反复计算 时，可参考系列标准或通过估算初选外壳直径，待设计完成后再 用作图法画出管子的排列图。为使管子均匀排列，防止流体走 “短路”，可以适当增减一定数目的管子或安排一些拉杆。 初步设计中，可采用下式估算外壳直径： D=t(nc-1)+2b′ 式中： D —— 壳体内径，m； t —— 管中心距，m； b′ —— 管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离，m， 一般取b′=(1～1.5)do； nc —— 位于管束中心线上管数，其值可由以下公式计算： 管子按等边三角形排列时，nc=1.1n0.5 管子按正方形排列时，nc=1.19n0.5 式中： n —— 换热器的总管数。 根据计算得到的壳径应圆整到国家规定的标准。
影响蒸发器传热系数的因数
1.制冷剂与被冷却物体的传热温差。 2.向蒸发管供液的方式。 3.被冷却的介质。 4.流过盘管表面的流体速度和管内制冷剂 的流速。 5.传热表面两侧的相对清洁程度。
蒸发器的分类 1.满液式 满液式中存贮了大量的液态制冷剂，并保 持一定高度的自由液面。一般是从底部流 进，沸腾的气体从上部排出。为了液体不 被带进压缩机，蒸发器上部要设置一块挡 板。 2. 2.干式 何谓“干”式：制冷剂流量的控制装置 （膨胀阀、毛细管）比较精确的控制了流 量，当制冷剂到达蒸发器出口时已完全蒸 发，离开蒸发器的制冷剂全部处于干蒸气 状态。
4.换热管规格和排列方法
传热管径越小，换热器单位体积的传热面积就越大。对洁 净的流体可取小管径，而对不洁净或易结垢的流体管径应 大些。目前我国列管式换热器标准中采用Φ19×2mm、 Φ25×2mm、Φ25×2.5mm等规格。管长的选用应考虑 管材的合理使用和清洗方便，因我国生产的钢管长度多为 6m，故系列标准中的管长有1.5，2，3或6m四种，其中 以3m和6m最为普遍。此外管长L和壳体直径D的比例应适 当，一般以L/D＝4～6为宜。 管板上管子的排列方法常用的为等边三角形、正方形直列 和正方形错列三种，见图4-40。等边三角形排列比较紧凑， 管板利用率高，管外流体湍动程度高，对流传热系数大， 但管外清洗较困难；正方形直列管外清洗方便，但对流传 热系数较小，适用于易结垢的流体；正方形错列则介于两 者之间。管子在管板上排列的间距t和管子与管板的连接 方法有关。通常焊接法取t=1.25do；而胀管法取t=(1.3～ 1.5)do，且t≥(do+6)mm。
ρu i2 ∆p 2 = 3 2
(2)壳程压强降
通用的方法是将壳程压强Σ∆po看作是由流体横向通过管束的压强降∆p1′和通 过折流挡板缺口处的压强降∆p2′两部分之和，即： Σ∆po=(∆p1′+∆p2′)FsNs 其中：∆p1′=Ffonc(NB+1)ρuo2/2 ∆p2′=NB(3.5-2Z/D)ρuo2/2 式中： Fs — 壳程结垢校正系数，对液体可取1.15，对蒸汽或气体取1.0； F —— 管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=0.5，正方形直列 F=0.3，正方形错列F=0.4； fo — 壳程流体摩擦系数，当Reo>500时，fo=5.0Reo-0.228，Reo=douoρ/µ； nc —— 位于管束中心线上的管子数； NB —— 折流挡板数； Z —— 折流挡板间距，m； uo —— 按壳程最大流动截面积Ao=Z(D-ncdo)计算的流速，m/s。 一般讲，液体流经换热器的压强降为10～100kPa，气体为1～10kPa。设计时 换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以权衡，达到既满足工艺要 求，又经济合理
选择蒸发器应注意要点
1.液面高度对蒸发温度的影响。受静液柱的影响， 满液式底部蒸发温度要高于液面的蒸发温度。 2.载冷剂冻结的可能性。若蒸发温度低于载冷剂 的凝固点，就有冻的可能性。所以应该使管内壁 温度比载冷剂的凝固点温度高1℃左右。 3.制冷剂在蒸发器中的压力损失。制冷剂流经蒸 发器时引起压力损失，必然使蒸发器出口处制冷 剂压力P2低于进口压力P1，从而降低了压缩机的 吸气压力，致使制冷能力下降。
1.为什么蒸发温度越低制冷量与制冷系数越低
2.为什么冷凝温度越高制冷量与制冷系数 越低
6.4 列管式换热器的设计和选用
换热器的设计指在传热计算的基础上，确定换热器的有关 尺寸。换热器的选用是根据生产上传热任务的要求，选择 合适的换热器。两者所需考虑的一些问题和计算步骤基本 是一致的，无论设计还是选用，都以换热器系列标准作为 参考，因而需要考虑到多方面的因素，进行一系列的选择 和适当的调整，因此实际为一试算过程。 6.4.1 列管式换热器设计和选用时应考虑的问题 1流程的选择 在列管换热器中，哪种流体在什么条件下走管程(或壳程)， 选择的一般原则为： (1)不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便； (2)腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀， 且清洗、检修方便；
6管程和壳程数
为了提高流速增大对流传热系数，可采用多管程。但程数 增加将导致流动阻力加大，平均温度差下降，管板利用率 差，设计时应综合考虑。列管式换热器的系列标准中管程 数有1，2，4和6四种，采用多管程时，应使各程管数大 致相同。 当列管换热器的温差校正系数∆t<0.8时，可采用多壳程。 如在壳内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳内流经两 次称为两壳程。但因在壳体内安装隔板比较困难，一般是 将壳体分成多个，将所需管数分装在直径相等而较小的壳 体中，然后将这些换热器串联使用。
(3)压强高的流体宜走管程，以免壳体同时受压； (4)有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少； (5)被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果； (6)饱和蒸汽宜走壳程，便于排出冷凝液和不凝气，且蒸 汽洁净不污染； (7) (7)流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用 可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流，但也可在管 内采用多管程； (8)若两流体温差较大，宜使α大的流体走壳程，使管壁和 壳壁温差减小。 在具体选择时，上述原则经常不能同时兼顾，会互相矛盾， 这时要根据实际情况，抓住主要问题，作为选择的依据。
2计算管程和壳程压强降
根据选定型号的换热器，分别计算管程、壳程压强降，看 其是否符合要求。若不符合要求时，再调整管程数或折流 挡板间距，或重选其它型号换热器，并计算压强降，直到 满足要求为止。 3核算总传热系数和传热面积 核算总传热系数和传热面积 按照对流传热系数关联式，计算管内、外对流传热系数， 选定污垢热阻，核算总传热系数值。根据该计算K值校核 实际需传热面积，若选用换热器提供的传热面积比所需传 热面积大10～20%时，所选换热器合适。否则需另选K值， 重复以上步骤，直至符合为止。