235 壳管式冷凝器设计示例-参数计算-有折流板型
235 壳管式冷凝器设计示例-参数计算-有折流板型
背景
软件化设计-结构-元件-参数-优化。
壳管式与套管式。
折算与修正系数。
●语音讲解-参数计算
基本计算流程
热泵工质及载热介质进出冷凝器温度、压力、流量等参数确定。
冷凝器热负荷计算。
冷凝器型式及流程设计。
传热管优选或设计。
传热管并联数初定。
壳体与内构件结构及尺寸初定（含折流板间距等）。
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。
管侧及壳侧强度计算及尺寸参数确定。
编制设计计算文件、软件、绘制图纸等（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9000W，工质流量50g/s，工质冷凝温度为60℃；壳侧（管外壳体空间内）为水，水侧常压，水侧平均温度为50℃，水流量为180g/s。
具体计算过程
冷凝器选取“冷热平台”第234篇中第4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20根，则单根管内工质流量为：
50/20=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，折流板间距30mm。
50℃时水的热物性为：
运动黏度v=0.556*10-6m2/s
普朗特数Pr=3.54
热导率dao=0.648W/(m.K)
密度rou=988kg/m3
换热管基本顺排布置，具体请参考“冷热平台”234篇第3图。
壳程水流动形式主要为横向流过光管束。壳体中间10根管处流道截面积最大，此处水流速为：
流速=水质量流量/（壳内直径*折流板间距*水密度）
=0.18/(0.03*0.03*988)=0.202m/s
由于管间距与管外直径相同，因此管间水流速约为
2*0.202=0.404m/s
壳体上下10根管处流道截面积减小，管间平均流速在0.6m/s左右，全部管的管间平均流速约为0.5m/s左右。
基于此，参考“冷热平台”第234篇，可得水侧换热系数约为12398 W/(m2.K)。
换热管内外传热热阻为（设管长为1m）：
水侧热阻为：rt1=1/(3.14*0.003*12398)=0.00856℃/W
管壁热阻为：
rt2=(ln(0.003/0.002))/(6.28*382)=0.00017℃/W
工质侧热阻为：
rt3=1/(3.14*0.002*15828)=0.0101℃/W
单位管长传热量为：
q=(60-50)/(0.00856+0.00017+0.0101)=10/0.01883=531W
所需换热管总长度为：
9000/531=17m
单路长度为：
17/20=0.85m
●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？
热泵工质走管内与走管外各自有哪些优缺点？
壳管式冷凝器立式与卧式各有哪些优缺点？
热泵工质和水在壳管式冷凝器中的压降如何计算？
管侧排列和壳侧折流板排列如何优化？管侧是否必须全顺排或叉排？壳侧是否必须折流板间距相同？
管侧通常需要多大空隙率才能保证换热管能装入壳体？
水侧在本篇示例中的实际流动情况如何？横流、顺流、交错流？
水侧流速和水流方向是否在不断变化，如何优化？
热泵工质侧流道截面积可否变化，如何优化？
基于微细换热管的小微型冷凝器如何强化换热和简化制作？