蒸发式冷凝器的设计计算.docx

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蒸发式冷凝器的设计计算

蒸发式冷凝器的设计计算

Ⅲ.在水冷式冷凝器中,

每1kg水能带走约16.75~25.12kJ热量,但1kg水在常压

下蒸发却能带走约2428kJ热量,因此蒸发式冷凝器的耗水

量理论上仅为水冷式冷凝器的1左右,考虑到飞溅损失,排

污换水等因素,实际的耗水量仅为水冷式冷凝器的1O%

左右Is].

2设计计算

2.1参数确实定

2.1.1设计工况制冷量1464kW,压缩机电机功率

435kW,冷凝温度36℃℃.

选用6台8AG12.5型压缩机,单台制冷量为244kW,

单台功率为9Okw.

2.1.2换热量确实定换热量也称为排热量或冷凝负荷.

制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两局部,通过蒸发器向被

冷却物体吸收的热量以及由机械功转化的热量.计算公式:

QK一6×（Q+N׉）X￡

（1）

式中:

Qx——换热量,kw;

6一一压缩机台数;

Q.——单台8AS12.5型压缩机制冷量,kW;

N——单台8AS-12.5型压缩机轴功率,kW;

——

8Al2.5型压缩机的机械效率;

e～修正系数.

根据图2,e取值约为1.7（为冷凝温度,t为湿球温度）.

籁

蝰

2.O

1.6

1.2

O.8

0.4

l02028

湿球温度

Wetbulbtemperature/〞C

图2蒸发式冷凝器排热量修正系数

Figure2Heatdischargecorrectioncoefficient

ofevaporativecondenser

按式

（1）计算得:

QK一6×（244+90×0.8）×1.7—

3223.20kW.

2.1.3理论传热面积确实定理论传热面积是根据换热

量和单位面积热流量确定出的一个传热面积的理论值,在数

值上和实际传热面积存在差异.计算公式:

S—QK/q,

（2）

式中:

s——理论传热面积,m;

l38

QK——换热量,kw;

q,——单位面积热流量,kW/m..

对q,的选取有不同的标准,主要是依技术和制造水平而

定.机电工业部1992年公布的标准是q,≥1.774kW/m,

中国有关文献¨9..设计普遍取1.774～2.33kW/m.,而实

际设计和应用可到达5～6kW/m.以往中国?

冷藏库设计

手册?

推荐q,一1.6～2.0kW/m,机械行业标准规定q,为

1.7kW/m.,?

制冷与空调工程手册?

推荐q,一1.8～

2.5kW/m,但现今世界各生产厂的企业标准一般高于以

上取值;上海益美高（EVAPCO）公司产品的q,一3.26～

3.64kW/m.;上海上枫制冷设备产品的q高达

5.41kW/m.;美国设计手册介绍其经验数据q,为

4.0kW/m;国外另一些厂家也有介绍其qr到达5.23～

5.81kW/m.湿度较大地区取小值.本设计取用适用于

上海地区的q,一5.41kW/m..

按式

（2）计算得:

S一3223.25.4l一595.79（m.）

2.1.4配风量确实定配风量是蒸发式冷凝器内部的总

风量,直接决定着风机的功率.一般用单位换热量所需风量

表示,中国机械行业标准规定的数值为220m/（h?

kW）,也

有的按300～3401TI./（h?

kw）配置.增大风量有利于提高

传热系数,但风量增大,风机的电耗也将随之增加,故应合理

选取配风量.计算公式:

LD—Q×e（3）

式中:

LD——配风量,m./s;

Q一换热量,kW;

￡一配风比,iTI./（S?

kW）.

配风比美国标准是￡一3×10Ill./（S?

kw）,机电工业

部公布标准是e≤6.11×l0m./（S?

kW）.配风量大,传热

效果好,但耗功增加,为取得较大的q,值,同时耗电量又不至

于过大,一般取中间偏大值,文章选￡为0.06lm./（S?

kW）,

即中国机械行业标准规定的220II1./（h?

kW）.

按式（3）计算得:

LD一3223.2×0.061一

l96.62（m./s）

2.1.5迎面风速及迎风面积确实定一些学者ll’’进行

了迎面风速对蒸发式冷凝器的性能影响的试验,结果说明蒸

发式冷凝器迎面风速有一个最正确范围（2.9～3.1m/s）.制

冷量和能效比分别与迎面风速的关系见图3和图4.

迎面风速越大,空气与换热盘管外外表水膜的接触时间

就越短,空气与水膜的热湿交换就越不充分;此外,迎面风速

的增大,能增强热湿交换面上热质传递的剧烈程度,使得热

湿交换更加充分.故只有使用最正确迎面风速,制冷量和能效

比到达最正确,才能使得蒸发式冷凝器的性能到达最正确.

迎风面积计算公式:

A—LD/VF（4）

式中:

A～迎风面积.rn;

∞rJ000?

000芒0r1

第28卷第1期赵越等:

蒸发式冷凝器的设计计算

ⅢIl

磊

善

虿

亨

.

董

专

迎面风速

Facevelocity/（m?

s）

图3制冷量和迎面风速关系图

Figure3Relationshipdiagramofrefrigerating

capacityandfacevelocity

{

羹鼋

亭

迎面风速

Facevdoclty/（m~S-I）

图4能效比和迎面风速关系图

Figure4Relationshipdiagramofenergy

efficiencyratioandfacevelocity

LD——配风量,m./s;

一

迎面风速,m/s.

按式（4）计算得:

A=196.62/3.0—65.54（m.）

2.2盘管的设计

盘管设计的好坏直接影响后续的计算工作,特别是影响

水量的分布及配风情况,故合理的盘管布置是非常重要的.

由蒸发式冷凝器的迎风面积及所需的传热面积,可确定蒸发

式冷凝器的盘管的布置.盘管程数不宜过多,一般不超过3O

程,盘管的长宽采用最优的长宽比.本设计采用中25mm

无缝钢管,盘管材料采用2o号优质碳钢,盘管的管型有圆

管,椭圆及一些特殊管型,本设计采用圆管.盘管管束呈正

三角形错列布置.管长8m,考虑弯头及壳体间隙,迎风面

长B为8.3m,那么

D—A/B（5）

式中:

D——迎风面宽,m;

A——迎风面积,m.;

B——迎风面长,m.

按式（5）计算得:

D一65.54/8.3—7.90m

管径d.为25mm（20号优质碳钢的无缝钢管）,管问距

一

般为管径的两倍,即Pt一50mm.

“f—D/（Pt+d）（6）

式中:

——

每排管数;

D——迎风面宽,m;

R——管间距,m.

按式（6）计算得:

〞一7.9/0.075—105tad

S1一S/nH（7）

式中:

S——每排管的面积,Ill;

s——理论传热面积,m.;

——

每排管数.

按式（7）计算得:

S1—595.79/105—5.67m.

N—S/S（8）

式中:

N——管程数;

s——每排管的面积,m;

s——单管的外表积,m.

按式（8）计算得:

N=5.67/（2n×0.0125+2n×0.012

5×8.3）一8.68（程）,故管程数取9程.

由此可以确定实际传热面积:

S一S2×N×H（9）

式中:

S——实际传热面积,m.;

S——单管的外表积,m;

N——管程数;

n——每排管数.

按式（9）计算得:

S一（2n×0.0125+2n×0.0125×

8.3）×9×105—616.95（m）

2.3水系统的设计

2.3.1淋水量及补水量确实定淋水量的配置以能全部润

湿冷凝盘管外表,形成连续的水膜为原那么,力求获得最大的

传热系数.水量过小,缺乏以满足冷凝的要求;水量过大,反

而不利于热交换,同时会造成水泵功率增大.

中国JB/T7658.5——95标准的单位冷凝负荷的淋水

量为0.032I/（S?

kw）,美国工业制冷手册标准为

0.018L/（S?

kw）.

本设计选用中国JB/T7658.5——95标准的单位冷凝

负荷的淋水量r一0.032L/（S?

kw）.

计算公式:

Gs—×r（10）

式中:

Gs一一淋水量,kg/s;

QK——换热量,kW;

r——单位冷凝负荷的淋水量,kg/（S?

kW）.

补水量一般为淋水量的5%～lo,湿度较大地区取

小值.

按式（10）计算得:

Gs一3223.2×3.20×10一

103.14（kg/s）

139

5O5O5O5O5O:

6655443322

包装与机械2021年第1期

计算公式:

W—Gs×5%

式中:

w——补水量,kg/s;

Gs——淋水量,kg/s.

按式（11）计算得:

W一一103.14×5

2.3.2水泵功率确实定计算公式:

Ns一9.8×G5×Hz

式中:

N——水泵功率,kW;

Gs～淋水量,kg/s;

（12）

H～水泵扬程,m（值为10m）.

按式（12）计算得:

Ns一9.8×103.14x10—

10l07.72（W）一10.11（kW）

2.4风系统的设计

2.4.1空气压力损失确实定空气流过蒸发式冷凝器的

阻力为通过冷凝管,挡水板,喷嘴排管,进口风栅,空气净化

器等阻力局部之和.

（1）空气流过冷凝盘管的阻力:

计算公式

G一Gm/（A—m×d.×B）一LD×p/（A一H×d

×B）（13）

式中:

Gm最窄面空气质量速度,kg/s;

Con配风量的质量流量,kg/s;

J风世的体积流量,Ill./s;

p此工况下空气的密度,kg/m.;

A一迎风面积,m;

一—

每排管数;

幽一管,m;

B～迎风面长,m.

按式（13）计算得:

Gm—l96.62×1.15/（65.54—105×

0.025×8.3）一5.17（kg/s~

当Pt/一2时,

△P一0.51×l0×N×（G）×1.02（14）

式:

△P一一空气流过冷凝管的阻力,Pa;

N一管程数;

G最窄面空气质量速度,kg/s.

按式（14）计算得:

△P.一0.51x10×9×5.17.×

1.02—1.25×10（Pa）

（2）空气流过挡水板的阻力:

计算公式

△P2一ExV2g（15）

式中:

△P.空气流过挡水板的阻力,Pa;

一

局部阻力系数,挡水板只有一折时E一3;

,一最窄面风速,m/s（一般取V:

1.2V）;

140

F一一迎面风速,m/s;

g——重力加速度,m/s.

按式（15）计算得:

△P一3×（1.2×3.o）./2×9.8—

1.98（Pa）

（3）空气流过喷嘴排管的阻力:

计算公式

△P3—0.01×Z×（F）/2J0（16）

式中:

△Ps～一空气流过喷嘴的阻力,Pa;

Z—喷嘴个数;

V——一迎面风速,m/s;

p——此工况下空气的密度,kg/m..

按式（16）计算得:

△P一0.01×728×3.0/（2×1.15）

一

28.49（Pa）

用迎风面长和迎风面宽分别除以喷嘴和喷嘴之间的间

距300mm,得出的两个数再相乘,即得喷嘴的个数.

即,8.3/0.3—28,7.9/0.3—26,Z一28×26728

计算公式

△P一△P+△P2+△尸3（17）

式中:

△P～一空气流过蒸发式冷凝器的阻力,Pa;

△P空气流过冷凝管的阻力,Pa;

△P.空气流过挡水板的阻力,Pa;

△P.空气流过喷嘴的阻力,Pa.

按式（17）计算得:

△P一1.25×1o+1.98+28.49

≈30.47（Pa）,再考虑进VI风栅,空气净化器等阻力损失,风

机压头△P选为35Pa.

2.4.2风机功率确实定目前中国的蒸发式冷凝器多为

上吸风式,其风机没置在箱体最上部,箱体内维持负压,水的

蒸发温度较低,但风机长期处于潮湿环境中,容易被腐蚀,故

采用铝合金风叶和全封闭电机.

计算公式

N,一△P×L[】（18）

式中:

N厂——风机功率,kw;

△P一一空气的压力损失,即风机压头,Pa;

LD——配风量,m./s.

按式（18）计算得:

Nr一35×196.62—6881.7（w）一

6.88（kW）

3结论

文章给出了一套完整的蒸发式冷凝器的设计’汁算方法,

此方法简单实用,适用于常规蒸发式冷凝器的设计计算.

通过VisualBasic6.0语言将此方法编程为一套设计计

算软件,此软件操作简单,只需输入压缩机制冷量,缩机台

数,压缩机机械效率以及压缩机轴功率,即可直接得以【__-

计算过程中涉及到的所有性能参数（见图5）.此软件可作为

常规蒸发式冷凝器的设计计算工具.

第28卷第1期赵越等:

蒸发式冷凝器的设计计算

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（a）（b）

图5蒸发式冷凝器计算软件操作界面

Figure5Operationinterfaceofevaporative

condensercalculationsoftware

参考文献

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研究EJ].高校化学工程,2007,21

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31～36.

（上接第123页）

经试验得出:

在茶叶烘焙过程中,有余热回收的茶叶烘

焙机升温时间和加热时间都明显减小,而保温的时间延长.

每台有余热回收的茶叶烘焙机每小时可省电2.2kw/h,按

每度三相电0.73元,每台烘焙机每天工作8h计算,每台烘

焙机每年大概可以省电约4625元,具有良好的经济效益.

4结论

试验说明有余热回收装置的茶叶烘焙机热交换强度高,

有利于在平均温差下工作.结构简单,采用了管壳式的设

计,增加了传热的面积,使得进入烘焙机的冷风的温度提高

了1O～12℃,大大提高了烘焙的效率.而且安装方便,需要

更换或者清洗时只需将管束抽出即可,经济合理且运行可

靠.保证了热交换中的流体的阻力较小,减少了换热器的动

力消耗,进一步的节约能源,提高效率,经济效益好,具有很

好的开展前景.

参考文献

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空调,2006,24（3）:

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（上接第136页）

4结论

根据方便米线枯燥设备内温度,湿度测定结果并结合米

线（饼）枯燥过程水分变化,推测出枯燥设备内局部的高温低

湿和低温高湿区域,米线（饼）往返通过这些局部区域后引起

快速枯燥或加湿,造成米线（饼）水分在总体逐步降低的趋势

下有较大的波动.快速,频繁的反复枯燥,加湿不仅不利于

米线（饼）枯燥的有效进行,而且其有可能成为米线断裂的原

因,即当其波动幅度超过一定限度那么有可能引起米线产品产

生裂纹并断裂.

参考文献

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141