中原工学院能源与环境学院毕业论文（设计）
表4-2-1 系数与蒸发温度的关系
t0(℃) -30 -10 +10 c×102 R11 0.57 0.82 1.04 0.2qi0.6?m?i=57.8c0.2
diR12 1.46 1.80 2.12 R22 1.64 2.02 2.54 R113 / / 0.69 R142 1.00 1.26 1.55 式中 di——换热管内径；
c ——系数，查表4-2-1可得；
?m——制冷剂质量流速。
本设计中制冷剂为R22，蒸发温度为2?C，故c取值0.02332。 则管内换热系数
qi0.6?t0.2?i=57.8c0.2
di97000.6?980.2=57.8?0.02332? 0.20.00852=2157.13W（/m2?℃)
4.3 制冷剂流动阻力及传热温差的计算
4.3.1 制冷剂的流动阻力计算 饱和制冷剂蒸气在t0?2℃时的比容
???=0.04427m3/kg 该状态下的密度
11==22.59kg/m3 ???0.04427???=饱和制冷剂蒸气的流速
u????t98==4.34m2/s ???22.59蒸发器出口处的蒸发温度t0?2℃，据此从物性表中查得R22制冷剂蒸气的物性参数如下：
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普朗特常熟 Pr???0.726
70m2/s 运动粘性系数 ????5.35?2?1则制冷剂蒸气的雷诺数
Re???u??di4.34?0.00852==69065 ?7???5.352?10沿程阻力系数
?=0.31640.3164==0.0195
(Re??)0.25(69065)0.25饱和蒸气的沿程阻力
l1?p1????ct???u??2
di2=0.0195?2?1.301??22.59?4.342?10?6
0.008522=0.001266MPa
??两相流动时制冷剂的沿程阻力?P2??=?R?P1，式中?R从表4-3-1中取值。
表4-3-1 两相流动时，R22阻力的换热系数与质量流速的关系
νm 40 0.53 60 0.587 80 0.632 100 0.67 150 0.75 200 0.82 300 0.98 400 1.2 ΨR 本设计中?R取值为0.6652。 故两相流动时制冷剂的沿程阻力
???P2??=?R?P1=0.6652?0.00127=0.000842MPa
总阻力
?P=5?P2??=5?0.000842=0.004211MPa
制冷剂侧的流动阻力小于小于0.01MPa是合理的，故本次设计压降在合
适的范围之内。
4.3.2 实际对数平均温差
在t0?2℃附近，压力每变化0.1MPa,饱和温度约变化5.5℃，因此蒸发器进口处制冷剂冷剂的温度为
to1?to?5.5?P0.004211=2+5.5?=2.23℃ 0.10.120
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实际对数平均温差
?tm?(t2?t01)?(t1?t0)(7?2.23)?(12?2)==7.06℃
(t2?t01)(7?2.23)lnln(12?2)(t1?t0)4.4 传热系数K0及按内表面计算的热流密度qi
4.4.1 传热系数K0 换热器总的传热系数
K0=1d?d1(??i)o?t(o)?(??o)?idi?tdm?o1
式中： ?t——铜管的壁厚，m，取值0.0005；
dm——铜管的均直径，m，取值0.00902；
/m?℃)，取值380。 ?t——铜管的导热系数，W（（m2?℃）/W，本设计中制冷剂流速较高，润滑?i——管内侧污垢系数，
油在高速下被带出，故管内污垢系数取值0；
（m2?℃）/W，取值8?10?5。 ?0——管外侧污垢系数，即水侧污垢系数，
则
Ko=1
10.009520.00050.009521(?0)???()?(?8?10?5)2157.130.008523800.009024654.71=1228.18W（/m2?℃)
由于上面换热系数计算过程是换热管为铜光管的计算过程，而本设计采用的换热管为内螺纹铜管，经实验得到采用内螺纹铜管时换热器总的换热系数约提高一倍。
故换热器实际的换热系数约为
Ko??=2Ko=2?1228.18=2456.36
/m2?℃)相符，故假定值合理。 该值与结构初步设计中假定的K?2400W（4.4.2 按内表面计算的实际热流密度
qi???do0.00952(Ko???tm)??(2654.36?7.06)?9694.5W?m2 di0.00852 21
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该值与假定值qi=9700W?m2相近，故假定值合理。
4.5 所需传热面积
3Q50?10OFO???==2.88m2
KO???tm2456.36?7.06前已述及，初步规划的实际有效传热面积为F0=3.79m2。
FO?FO??3.79?2.88==30%
2.88??FO说明换热面积满足要求，并且有30%左右的余量。
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5 总体结构设计
5.1 换热管设计
（1）管程分程
换热器的换热面积较大而管子又不是很长时，就得排列较多的管子。为了提高流体在管内的流速，增大管内传热系数，就必须将管束分程，分程可采用不同的组合方法，但是每程中的管数应该大致相同，分程隔板应该尽量简单，密封长度应短。管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种。偶数管程的换热器无论对制造、检修或是操作都比较方便，所以使用最多。除单程外，奇数管程一般少用，程数不能分的太多，不然隔板要占去相当大的布管面积。
本换热器类型为U型管式换热器，因为U型管换热器的管路进出口是对称的，故取对称两程。
（2）换热管的规格和尺寸偏差
本设计换热管选用江苏高新张铜股份有限公司生产的φ9.52×0.32mm规格的内螺纹铜管，计算时按照φ9.52×0.5mm规格的光管计算。 具体规格参数见表5-1-1。
表5-1-1 内螺纹管规生产规格
（3）换热管的排列型式
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