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1、课 程 设 计 课程名称 换热器课程设计 题目名称 85kW管壳式干式蒸发器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程 07制冷1班 学 号 学生姓名 指导教师 2010 年 7 月 7 日广东工业大学课程设计任务书题目名称85KW壳管式干式蒸发器学生学院材料与能源学院专业班级热能与动力工程 制冷0701班姓 名学 号全套图纸加扣 3012250582一、课程设计的内容设计一台卧式壳管式干式蒸发器。蒸发器制冷量=85KW，制冷剂温度：蒸发温度2，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷媒水进口温度12，冷媒水出口温度7。二、课程设计的要求与数据1）学生在教师指导下独立完成设计。2）换热器设计
2、要结构合理，设计计算正确。3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，用计算机绘图。4）说明书要求：文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。格式要求：（1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；心得体会等；（6）参考文献三、课程设计应完成的工作1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份；2）绘制换热器的装配图1张，拆画零件图12张。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1学生分组；
3、布置任务；根据设计任务收集有关的原始资料，并选定热交换器的型式等。指定教室6.28-6.282进行换热器设计计算（包括传热计算、结构计算、流动阻力计算和强度计算等）宿舍6.29-6.303编写设计说明书（严格按照广东工业大学课程设计说明书撰写规范编写）宿舍7.1-7.44绘制换热器装配图1张；拆画零件图12张宿舍7.4-7.75设计答辩及成绩评定指定教室7.8-7.9五、应收集的资料及主要参考文献1 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）M. 西安：西安交通大学出版社,1998.2 吴业正.小型制冷装置设计指导M.北京：机械工业出版社,1999.3 史美中,王中铮.热交换器原理与设计M.南京：东南
4、大学出版社，2003.4 余建祖.换热器原理与设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.5 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2006.6 中华人民共和国国家标准管壳式换热器（GB1511999）.7钢制压力容器标准GB150-19988 其它设计资料：包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺等相关资料.发出任务书日期：2010年 6 月 28日 指导教师签名：计划完成日期： 2010年 7月 9 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：设计说明本次课程设计我所设计的课题是管壳式干式蒸发器，换热器的换热量=85kW，制冷剂是R22，制
5、冷剂蒸发温度 冷凝温度 采用了的过热度，换热介质的进出口温度 、。设计时首先要大概确定蒸发器的结构，例如壳体直径、换热管直径及数量，还有管板厚度和折流板的数量等等，其中每个流程的管子数量采用四等分点比容来确定，其它参数很多是根据换热量的大小，凭借前人经验大概确定，然后通过校核修改，最终确定符合设计要求的参数。本次课程设计主要分为四个步骤：（1）通过对已知参数流量计算，由经验取制冷剂管内单位面积质量流速为：初步规划蒸发器结构，为后来的理论设计计算提供依据（2）根据结构参数确定有效传热面积。通过计算管内管外换热系数，传热温差，进行传热面积校核，校验理论计算是否合理，若不合理通过改变换热管数改变换热
6、面积，如果后者比前者少10%至20%，即符合要求。（3）根据需求的制冷剂流量，冷媒水流量确定制冷剂和冷媒水的进出口面积，并按照标准进行选管。（4）结构机械性能计算及附件的选择。强度计算，螺栓、垫片的选择要严格按照国标，然后按照国家压力容器安全技术标准来进行校核。最终设计出一个不但满足要求，而且节省材料，结构合理的壳管式干式蒸发器。关键词：R22 管壳式 干式 蒸发器 换热器 目录1. 设计题目12. 主要参数13. 设计过程13.1 流量计算23.1.1 单位质量制冷量23.1.2 质量流量23.1.3 冷媒水流量23.2 蒸发器结构初步规划23.2.1 布管23.2.2 换热面积43.3 热
7、力计算43.3.1 管外换热系数的计算43.3.2 管内换热系数的计算53.3.3 制冷剂流动阻力及传热温度的计算63.3.4 传热系数及按内表面计算的热流密度73.4 计算R22及冷媒水进出口面积83.4.1 R22进口面积83.4.2 R22出口面积83.4.3 冷媒水进出口面积93.5 选垫片93.5.1 垫片93.5.2 垫片压紧力作用中心圆直径103.5.3 垫片压紧力103.6 选螺栓与法兰103.6.1 螺栓与法兰103.6.2 螺栓载荷103.6.3 螺栓面积113.6.4 螺栓设计载荷113.7 支座114. 心得体会125. 参考文献12 1. 设计题目85KW管壳式干式蒸
8、发器设计2. 主要参数设计一台卧式壳管式干式蒸发器。蒸发器制冷量=85KW，制冷剂温度：蒸发温度2，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷媒水进口温度12，冷媒水出口温度7，过热度=3设计内容和要求：传热计算，换热面积计算，换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程3. 设计过程图1 压焓图查表得：各点参数：状态点温度t()压力p(kpa)焓h(KJ/Kg)比容v(/Kg) 12530.8406.115407.10.0403260438.23401533.5250.042530.8250.00.01103.1 流量计算有比容=（1-0.2339）0.78249+0.233944.2702=0.011
9、0(/Kg)3.1.1 单位质量制冷量3.1.2 质量流量 3.1.3 冷媒水流量由冷媒水的平均温度=()=(12+7)=9.5 ，查（传热学附录9）得=999.7kg/ ,C=4.19 kJ/kg 3.2 蒸发器结构初步规划3.2.1 布管取制冷剂质量流速：=140kg/s选用管子外径12.7，平均内径11.4的微肋铜管（见参考文献2表43）单位面积质量流速为： 可得每根管内制冷剂流量：每流程的平均管数：根，分4流程，平均每流程取38根，则=kg/s，总管数为=384=152分两个流程，均分点的比容为： =+（-）=0.0183，=0.0256=0.0302=0.0403根据4均分点比容：制
10、冷剂从下端进入管子，在管中蒸发，从上端出蒸发器。从下往上初步选定各管程管数为 24:34:40:54 。选拉杆数为4，（见参考文献3表2.7 P51）换热管按正三角形排列，管子中心距16mm（见参考文献3表2.3 P45），壳体直径附近铜管数=14根，布管限定圆的直径由画图综合分析得：=266mm由（且不小于8mm，取8mm）（见参考文献32.3式） 得壳体内径，厚度为8.5mm的无缝钢管（见参考文献8GB/T 17395-2008）换热管长度与壳体直径之比通常为610(见参考文献3P54)且由推荐采用长度，取,弓形折流板间距且不小于50mm(见参考文献3P49)初取 ， 管板厚度=25(见参
11、考文献3表2.4 P47)，折流板厚度=3(见参考文献3表2.6 P50) 管长：L=2+（-1）+2+3，由此得折流板数，再代回去计算得，折流板上下缺口高度一般为壳体内径的2045（见参考文献3P48）经布管调整后得下缺口高度，管子数根，上缺口高度，管子数根。（见参考文献1P235）3.2.2 换热面积蒸发器外表面积：=0.0127152(2.5-20.025)=14.858 有效传热面积：=0.0127152(2.5-20.025-240.003)=14.4213.3 热力计算3.3.1 管外换热系数的计算 折流板的平均间距s S=横向流通截面积（见参考文献1式（9-78）P235） =(
12、)s=（0.282140.0127）0.095049.903 横向流速 =折流板上下缺口面积 （见参考文献1 式（9-77）和表9-7 P235）由折流板下缺口高度、上缺口高度 从表9-7查得=0.171，=0.216折流板下缺口面积=0.171411/4=8.40折流板上缺口面积=0.21634=12.87上下缺口面积的平均值=（+）=（8.4012.87）10.635纵向流速 =（）0.382m/s 与的几何平均值uu=0.396m/s管外换热系数由冷媒水的平均温度=()=(12+7)=9.5 ，查（查参考文献5附录9）得水的物性数据为：=9.73,运动粘性系数=1.33，导热率=0.57
13、28W/(), 则=3781.3管外换热系数：（见参考文献1式（9-57） P226）=0.22=0.22=2946.3W/()3.3.2 管内换热系数的计算假定蒸发器按内表面计算的热流密度（此假定将在后面检验），则按公式（见参考文献1式（9-48）P224)，管内换热系数为 式中（查参考文献1表9-3 P225）。故 3.3.3 制冷剂流动阻力及传热温度的计算（1）制冷剂的流动阻力计算 R22饱和蒸汽的流速u（2） 确定雷诺数 蒸发器出口处的蒸发温度=2,据此从（参考文献1 附表4）查得R22的参数为：密度=22.94kg/ 运动粘性系数=0.540将上述数据代入雷诺数的计算式中，按（参考文献1 式9-84）得=（3） 沿程阻力系数（4） 饱和蒸汽的沿程阻力，按（参考文献1 式9-83）计算0.006219MPa（5） 两相流动时R22的沿程阻力=0.7332（查参考文献1表9-8 P236） （6） 总阻力 （参考文献1 式9-85 P237） （
