蒸发器设计计算
已知条件：工质为R22，制冷量kW 3，蒸发温度C t ?=70，进口空气的干球温度为C t a ?=211，湿球温度为C t b ?=5.151，相对湿度为34.56=φ％；出口空气的干球温度为C t a ?=132，湿球温度为C t b ?=1.112，相对湿度为80=φ％；当地大气压力Pa P b 101325=。 （1）蒸发器结构参数选择
选用mm mm 7.010?φ紫铜管，翅片厚度mm f 2.0=δ的铝套片，肋片间距
mm s f 5.2=，管排方式采用正三角排列，垂直于气流方向管间距mm s 251=，沿
气流方向的管排数4=L n ，迎面风速取s m w f /3=。 （2）计算几何参数
翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为
mm d d f o b 4.102.02102=?+=+=δ
沿气流方向的管间距为
mm s s 65.21866.02530cos 12=?=?=
沿气流方向套片的长度为
mm s L 6.8665.21442=?==
设计结果为 mm s L 95.892565.2132532=+?=+= 每米管长翅片表面积：
f b f s d s s a 100042221?
??? ?
?
-?=π ()5.21000
4.10414.36
5.212522???
? ???-??= m 23651.0=
每米管长翅片间管子表面积：
f
f f b b s s d a )
(δπ-=
()5
.21000
2.05.24.1014.3?
-??= m m 203.0=
每米管长总外表面积：
m m a a a b f of 23951.003.03651.0=+=+=
每米管长管内面积：
m m d a i i 2027.0)20007.001.0(14.3=?-?==π
每米管长的外表面积：
m m d a b b 2003267.00104.014.3=?==π
肋化系数：
63.14027
.03951
.0==
=
i
of a a β
每米管长平均直径的表面积：
m m d a m m 2
02983.020086.00104.014.3=??
? ??+?==π
（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
C t t t a a f ?=+=+=
172
1321221 空气在下C ?17的物性参数
3215.1m kg f =ρ
()K kg kJ c pf ?=1005
704.0=rf P
s m v f 61048.14-?=
②最窄截面处空气流速
()()()()
s m s s s s w w f f f d f
b 58.52.05.25
.24.102525311max =--?=--=δ
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
15
.04
.00max 42618.00014.0--???
? ???
??
?
??+=bo of
f a a v d w α
15
.04
.0603267.03951.01048.140104.058.52168.00014.0---??
? ????
?
????+=
00792.0=
()
()
()
k
m W P c w r pf
f ?=???=
=
23
23
2max 402.68704.01005
58.5215.100792.0ραα
（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
kg g d kg g d kg kJ h kg kJ h 443.7,723.8,924.31,364.432121====。在空气的焓湿图上连接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和气线()0.1=?相交于点w ，该点的参数是C t kg g d kg kJ h w w w ?===8,6.6,25。 在蒸发器中空气的平均比焓值
kg kJ n h h h h n
h h h h w
w w m /73.3625924.3125
364.431924
.31364.432512121=---+=---+
=
由焓湿图查得kg g d C t m m 8,2.16=?= 析湿系数
42.18
2.166.6846.2146
.21=--+=--+=w m w m t t d d ξ
（5）循环空气量的计算
h kg h h Q q da m 06.944924
.31364.4336003210,=-?=-=
进口状态下干空气的比体积
()
b
a P d T R v 1110016.01+=
()()101325
723.80016.012115.2734.287?++?=
kg m 3846.0= 循环空气的体积流量
h m v q q da m a v /67.798846.006.94431,,=?==
（6）空气侧当量表面传热系数的计算
?
??
?
??++=b f b f f j a a a a ηξαα0 对于正三角形排列的平直套片管束，翅片效率f η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，且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比
4.24
.1025d B ,1b m ===ρ且B A 3.027.1-='B
A
m
ρρ 3.014.227.1-??= 55.2= 肋折合高度为
()()()()mm d h b
7.1055.2ln 35.01155.22
4.10ln 3
5.0112=?+-='+-'=
'ρρ m
m f
f 106.643
102.023642
.12.68220=-????=
=
δλξ
α
凝露工况下翅片效率为
()
8683.010
7.1006.64107.1006.64)(3
3
=????=''=--th h m h m th f η 当量表面传热系数
?
??
?
??++=b f b f f j a a a a ηξαα0 ??
?
??+???=3951.003.0365.08683.02.6842.1
)/(06.852K m W ?= （7）管内R22蒸发时的表面传热系数 R22在C t ?=70时的物性参数为： 饱和液体密度 33.1257m kg l =ρ 饱和蒸气密度 343.26m kg g =ρ 液体粘度 s Pa l ??=-6102.202μ 气体粘度 s Pa g ??=-610815.11μ 汽化热 kg kJ 56.1990=γ 液体热导率 K m W l ??=-/102.133λ 蒸气热导率 K m W g ??=-/1093.93λ 液体普朗特数 62.2=rl P 蒸气普朗特数 92.0=rg P
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25.01=x ，出口干度0.12=x 。则R22的总质量流量为
()()
h kg x x Q q m 16.7225.0156.1993600
336001200=-??=-?=
γ
作为迭代计算的初值，取27200m W q i =，R22在管内的质量流速
()
s m kg g i ?=2'160。则总流通面积为
24'
1025.13600
16016
.723600m q q A i m -?=?=?=
每根管子的有效流通截面积
252
2
108.54
0086.014.34m d A i i -?=?==π
蒸发器的分路数
16.2108.51025.15
4=??==--i A A Z
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
h kg Z q g m m 08.362
16.72===
每一分路中R22在管内的实际质量流速为
()
s m kg A g g i m i ?=??=?=
-25
8.17210
8.5360008.363600 于是
40101.256.1998.1722.7-?=?==
r g q B i i 09634.03.125743.26625.0625.0115
.08.05
.08
.00=??
? ????? ??-=???
? ???
?
? ??-=l
g x x C ρρ
()()224.00086
.08.93.12578.17222
22=??==i l i rl gd g F ρ ()()08.2756102.2020086.0625.018.1721Re 6
=??-?=-=-l i l d x i g μ
()()i
l
rl l l d P λα4
.08.0Re 023.0=
()
()0086
.00932.062.208.2756023.04.08
.0?=
11.207=
()()()??
????+=fl c c rl c
l i F B C F C C 4
5
2
030125αα
()
()()[
]
2.2101.22.667224.02509634.0136.111.2077.04
3.09
.0???+???=--
()
K m W ?=235.4050
（8）传热温差的初步计算
C t t t t t t a a a a m ?=---=---=
44.97137
21ln 13
21ln
20121θ
（9）传热系数的计算
管内污垢热阻i r 可以忽略，接触热阻以及导热热阻之和取为
()
K m W r ?=200048.0
()
K m W r a a k j
i
i of
?=+
+?=
+
+=
2006.4906
.8510048.0027.035.40503951.01
1
1αα
（10）核算假设的i q 值
202.46844.96.49m W k q m o =?==θ
268512.468027
.03951
.0m W q a a q o i
of i =?=
=
计算表明，假设的27200m W q i =初值与核算的值26851m W 较接近，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
20'417.072003000m q Q A i i ===
20'0408.62
.4683000m q Q A o ===
蒸发器所需传热管总长
m a A l of t
21.163951.0408.6'
0'===
迎风面积 2,074.03600
367
.798m w q A f
a v f =?=
=
取蒸发器的宽度mm B 350=，高mm H 300=。实际迎风面积为
2105.03.035.0m A f =?=。
已选定垂直于气流方向的管间距为mm s 251=，故垂直于气流方向的每排管子数为
1225
30011===
s H n 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
m l t 8.164835.0=?=
传热管的实际内表面传热面积为
2454.042.00086.014.34835.048m d A i i =???=??=π
09.1417.0454.0'==i i A A 04.121
.168.16'
==t t l l 下面计算蒸发器的实际外表面积 48根m 35.0长的管其翅片间管子表面积
2505.00002.05.235035.00104.014.348m =??
?
???-???
管子左右两边都要伸出一定距离，分别取为mm 10，mm 3；U 型管需要用弯头相接，取弯头半径为mm R 5.12=。由于管径很小，伸出部分换热可以忽略不计。 每一翅片（宽mm 5.312，深约为mm 90）总的外表面积
()2
20487.0401.014.34809.03125.02m =?
?
??????-?? 总翅片数为 1405.2350=÷ 再加1为141片 翅片的总外表面积
2867.60487.0141m =?
套片管的总外表面积
2372.7505.0867.6m =+
根据“计算单元”计算的总外表面积只有
2638.68.163951.0m l f t t =?=
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mm 5.312，深度为
mm 95.8925365.21=+?，宽度为mm 390220350=?+。 （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t p ?
()()1.21000
102510001014.31000102510000,=?-??=?-=d A A t c t π t f 由小型制冷装置设计与指导图（4-21）确定，
6.385310
48.1401
.058.5Re 6
0max =??==
-f d v d w 155.165.2125
210
2
01
====s s d s d s P P L T 1=x 5.2102501==
=d s P T 由T P 及d Re 查得4.0≈tz f ，于是
762.01
.21
44.0,=?
?=?
?=t
t c tz t A A N f f 318
.10
1
521.0Re 508.0???
? ??=-d s f d
f
318
.1521
.01025)
6.3853(508.0??
? ???=-
023.0=
Pa w A A f p f t c t t f 5.20215.1258.51.2762.022
max 2,=???==?ρ
f
c f f
t w A A f p ρ2max
2=?
()()()258.5215
.1101682.05.24.10253651
.0023.02
6?
???-?-?=- Pa 07.19=
所以 Pa p p p t f 57.3907.195.20=+=?+?=? 由
7.042
.111==ξ可以查表得修正系数18.1=ψ
Pa p p w 7.4618.157.39=?=?=?ψ
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