233 壳管式冷凝器设计示例-参数计算-无折流板型

233 壳管式冷凝器设计示例-参数计算-无折流板型

背景

●语音讲解-参数计算与确定

示例过程-简单方程-近似及简化处理。

实际计算及确定：适宜方程+模拟优化（性能、成本等）+数据评估+样机测试。

基本计算流程

热泵工质及载热介质进出冷凝器温度、压力、质量流量等参数确定。

冷凝器型式及流程设计。

冷凝器热负荷计算。

传热管优选或设计。

传热管并联数确定。

壳体与内构件结构及尺寸初定。

热泵工质侧换热系数计算。

载热介质侧换热系数计算。

单位管长的传热量计算。

总传热管长计算。

确定管程数及其他结构参数。

热泵工质侧及载热介质侧流动压降核算等。

编制设计计算文件并绘制图纸（CAD图，三维图，动图等）。

参数计算示例

壳管式冷凝器内热泵工质为R134a，工质放热量10000W，工质流量55g/s，工质冷凝温度为60℃；壳侧（管外壳体空间内）为水，水侧常压，水进出冷凝器的温度为45℃和55℃，水流量为238g/s。

具体计算过程

冷凝器选取“冷热平台”第232篇中第一图型式。

换热管初选紫铜光管，外直径3mm，内直径2mm。

初取换热管根数22根，则单根管内工质流量为：

55/22=2.5g/根

参考“冷热平台”第231篇，可得R134a在管内的冷凝换热系数为15828 W/(m².K)。

初选壳体内直径为30mm。

50℃时水的热物性为：

运动黏度v=0.556*10^-6m²/s

普朗特数P_r=3.54

热导率d_ao=0.648W/(m.K)

比热c=4174J/(kg.K)

密度r_ou=988kg/m³

壳侧当量直径为：

d=(D²-Nd_o²)/(D+Nd_o)=(0.03²-22*0.003²)/(0.03+22*0.003)

=0.000702/0.096=0.0073m

壳侧水流速为：

0.238/(988*0.25*3.14*(0.03²-22*0.003²))=0.238/0.544=0.438m/s

流动雷诺数：

Re=ud/v=0.438*0.0073/(0.556*10^-6)=5751

努谢尔特数为（参见“冷热平台”215篇）：

N_u=0.012P_r^0.4(R_e^0.87-280)

=0.012*3.54^0.4* (5751^0.87-280)

=0.012*1.658*1586=31.56

对流换热系数：

a_fa=N_ud_ao/d=31.56*0.648/0.0073=2801W/(m².K)

换热管内外传热热阻为（设管长为1m）：

水侧热阻为：r_t1=1/(3.14*0.003*2801)=0.0379℃/W

管壁热阻为：

r_t2=(ln(0.003/0.002))/(6.28*382)=0.00017℃/W

工质侧热阻为：

r_t3=1/(3.14*0.002*15828)=0.0101℃/W

单位管长传热量为：

q=(60-50)/(0.0379+0.00017+0.0101)=10/0.04817=208W

所需换热管总长度为：

10000/208=48m

单路长度为：

48/22=2.2m

●研讨

分析如何根据壳侧水的实际流动分布与理想分布的差距来修正水侧换热系数？

本篇示例中壳体高径比已达60多，可否增加换热管根数减小冷凝器的高径比？

间距很近的多根微细管与端板之间如何焊接，或两端出壳体处与壳体之间如何密封？