一种蒸发式冷凝器结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种蒸发式冷凝器结构设计方法，满足冷水机组用蒸发式冷凝器的结构快速设计，本发明专利技术通过自主迭代计算，得到蒸发式冷凝器目标冷量下的需要换热管面积，并可以通过调整输入参数进行结构优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种蒸发式冷凝器结构设计方法
本专利技术涉及一种蒸发式冷凝器结构设计方法，属于冷水塔设计领域。
技术介绍
目前工业领域对蒸发式冷凝器的设计主要靠工程经验或者手动计算，由于计算过程中涉及大量的迭代计算，因而计算效率较低。手动计算容易带来计算错误，精确性得不到保证。另外，手动计算或者工程经验无法考察各结构参数对产品冷量大小的影响，无法进行优化设计。故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种蒸发式冷凝器结构设计方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种蒸发式冷凝器结构设计方法，所述蒸发式冷凝器包括出风口、进风口和换热管，包括以下步骤：S1：给定蒸发式冷凝器需要的冷却负荷、冷凝温度和所处环境的进风口干湿球温度；S2：初定结构尺寸，包括换热管内外径、换热管管壁厚度、换热管与换热管之间的间距，输入风量和喷水流量；S3：设定初始水膜温度；S4：计算空气、水的各点的状态参数，所述状态参数包括空气焓值、空气含湿量和温度；S5：计算水膜与空气的对流传热系数，初算换热面积；S6：计算管外与喷水对流传热系数和计算制冷剂在管内对流传热系数，并根据使用情况估算热阻；S7：计算总传热系数和传热面积；S8：比较S7中计算得到的传热面积与S5中的初算面积是否相等，若误差小于设定值，则输出需要的管排数，若误差大于等于设定值，则重新假设水膜温度，进行迭代计算；S9：输出最终的蒸发式冷凝器结果。进一步的，所述S4中的空气各点的状态参数包括：进风口空气的焓值、进风口空气的含湿量、出风口空气的焓值、出风口空气的含湿量、换热管外空气的平均焓值、换热管外空气的平均含湿量；所述水各点的状态参数包括：水膜处空气的焓值和水膜处空气的含湿量。进一步的，所述S5具体包括以下步骤：S5-1：根据输入风量和初定结构尺寸，计算迎面风速v：v＝G/3600/((L-0.08)·(W-0.08))式中，G为输入风量，L为长，W为宽；根据式5计算最窄面处空气流速：vmax＝s/(s-do)·v(5)式中，s为换热管与换热管之间的间距；d0为换热管外径；v为迎面风速；S5-2：计算水膜与空气的对流传热系数αwa：式中；λm为空气平均导热系数，d0为管外径，vmax为最窄面处空气流速，υm为空气平均运动粘度；S5-3：计算换热管外空气当量对流换热系数αj：式中，A为水膜温度修正系数，αwa为水膜与空气的对流传热系数，hw为水膜处空气的焓值，hm为换热管外空气的平均焓值，Aw为水膜和空气的接触面积，Ao为换热管外表面积，Cpm为换热管外空气的平均定压比热，tw为水膜温度，tm为换热管外空气的平均温度；S5-4：计算热流密度S5-5：初算换热面积A’o：式中，Qc为机组热负荷。进一步的，所述S6具体包括以下步骤：S6-1：计算管外与喷水对流传热系数αw：式中，tw为水膜温度，Γ为喷淋密度，do为换热管外径；式中，Mw为蒸发式冷凝器水泵流量；S6-2：计算制冷剂在管道中的对流换热系数αc·n：式中，β为物质系数，为热流密度，di为换热管内径，其中，式中，λ为制冷剂导热系数，g为重力加速度，r为制冷剂在该压力下的汽化潜热，μ为制冷剂在该压力下液态时的动力粘度；S6-3：计算热阻，该热阻包括管壁热阻；所述管壁热阻Rp根据式15可得：Rp＝δ/λ(15)式中，δ为换热管管壁厚度，λ为管道导热系数。进一步的，所述热阻还包括油膜热阻和污垢热阻。进一步的，在蛇形管中对制冷剂在管道中的对流换热系数αc·n进行修正：式中，αc·n·s-为修正后的管内对流换热系数，为热流密度，αc·n为管内对流换热系数。进一步的，所述S7具体包括以下步骤：S7-1：计算总换热系数K：式中，Ao为换热管外表面积，Ai为换热管内表面积，A平为换热管内外表面积平均值，Rp为管壁热阻，Roil为油膜热阻，Rfou为污垢热阻，αc·n·s为修正后的管内对流换热系数，αw为换热管外与喷水对流传热系数，αj为换热管外空气当量对流换热系数；S7-2：计算传热面积A”o：A"o＝Qc/K/(tk-tm)(17)式中，Qc为机组热负荷，K为总换热系数，tk为制冷机组冷凝温度，tm为换热管外空气的平均温度。进一步的，所述S8中，管排数n根据式18得到：式中，一排传热面积＝一排中的管数×管长×管道外径周长。进一步的，所述S8中计算得到的管排数为奇数排，修改管长，使管排数在16～24范围内。有益效果：本专利技术与现有技术相比，通过本专利技术提供的设计方法，能够有效提高设计蒸发式冷凝器结构的效率，节省了人工成本，加快了结构优化的进度。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的蒸发式冷凝器结构示意图其中，冷风机1、收水机2、分水管3、管长4、换热管5；图3为空气焓湿图；图4为换热管截面示意图。具体实施方式本专利技术通过迭代计算，得到蒸发式冷凝器目标冷量下的需要换热管面积，并通过调整输入参数进行优化设计。如图1所示的流程图，本专利技术具体包括以下步骤：S1：给定蒸发式冷凝器需要的冷却负荷、冷凝温度和所处环境的进风口干湿球温度；S2：初定结构尺寸，包括换热管内外径、换热管管壁厚度、换热管与换热管之间的间距，输入风量和喷水流量；S3：设定初始水膜温度；S4：计算空气、水的各点的状态参数；该状态参数包括进风口状态参数、水膜处状态参数、出风口状态参数和换热管外空气的平均状态参数；所述进风口状态参数包括进风口空气的焓值和进风口空气的含湿量，该进风口空气的焓值h1和进风口空气的含湿量d1可由进风口干球温度t1、相对湿度和空气焓湿图可查得；所述水膜处状态参数包括水膜处空气的焓值和水膜处空气的含湿量，该水膜处空气的焓值hw和水膜处空气的含湿量dw可由假设水膜温度和空气焓湿图查得；所述出风口状态参数包括出风口空气的焓值h2、出风口空气的含湿量d2和出风口温度t1；其中，出风口空气的焓值h2由式1可得：其中，Qc为机组热负荷(机组排热量)，ma为空气质量流量，h1为进风口空气的焓值；由等热湿比线ε＝Δh/Δd得：ε＝(h2-h1)/(d2-d1)＝(hw-h1)/(dw-d1)(2)式中，ε为等热湿比；hw为水膜处空气的焓值，d1为进风口空气的含湿量，d2为出风口空气的含湿量，dw为水膜处空气的含湿量；算出出风口空气的含湿量d2，由空气焓湿图可查出出风口温度t2；所述换热管外空气的平均状态参数包括换热管外空气的平均焓值、蒸发式冷凝器换热管外空气的平均含湿量和换热管外空气的平均温度tm：换热管外空气的平均焓值hm由式3可得：蒸发式冷凝器换热管外空气的平均含湿量dm由式4可得：ε＝(hm-h1)/(dm-d1)＝(hw-h1)/(dw-d1)(4)算出蒸发式冷凝器换热管外空气的平均含湿量dm，由空气焓湿图可查出换热管外空气的平均温度tm；S5：计算水膜与空气的对流传热系数，初算换热面积；S5-1：由输入风量G和初定尺寸长L和宽W，计算迎面风速v：v＝G/3600/((L-0.08)·(W-0.08))计算最窄面处空气流速：vmax＝s/(s-do)·v(5)式中，s为换热管与换热管之间的间距，d0为换热管外径，v为迎面风速。S5-2：计算水膜与空气的对流传热系数αwa：式中，λm为空气平均导热系数，υm为空气平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸发式冷凝器结构设计方法，所述蒸发式冷凝器包括出风口、进风口和换热管，其特征在于：包括以下步骤：S1：给定蒸发式冷凝器需要的冷却负荷、冷凝温度和所处环境的进风口干湿球温度；S2：初定结构尺寸，包括换热管内外径、换热管管壁厚度、换热管与换热管之间的间距，输入风量和喷水流量；S3：设定初始水膜温度；S4：计算空气、水的各点的状态参数，所述状态参数包括空气焓值、空气含湿量和温度；S5：计算水膜与空气的对流传热系数，初算换热面积；S6：计算管外与喷水对流传热系数和计算制冷剂在管内对流传热系数，并根据使用情况估算热阻；S7：计算总传热系数和传热面积；S8：比较S7中计算得到的传热面积与S5中的初算面积是否相等，若误差小于设定值，则输出需要的管排数，若误差大于等于设定值，则重新假设水膜温度，进行迭代计算；S9：输出最终的蒸发式冷凝器结果。

【技术特征摘要】
1.一种蒸发式冷凝器结构设计方法，所述蒸发式冷凝器包括出风口、进风口和换热管，其特征在于：包括以下步骤：S1：给定蒸发式冷凝器需要的冷却负荷、冷凝温度和所处环境的进风口干湿球温度；S2：初定结构尺寸，包括换热管内外径、换热管管壁厚度、换热管与换热管之间的间距，输入风量和喷水流量；S3：设定初始水膜温度；S4：计算空气、水的各点的状态参数，所述状态参数包括空气焓值、空气含湿量和温度；S5：计算水膜与空气的对流传热系数，初算换热面积；S6：计算管外与喷水对流传热系数和计算制冷剂在管内对流传热系数，并根据使用情况估算热阻；S7：计算总传热系数和传热面积；S8：比较S7中计算得到的传热面积与S5中的初算面积是否相等，若误差小于设定值，则输出需要的管排数，若误差大于等于设定值，则重新假设水膜温度，进行迭代计算；S9：输出最终的蒸发式冷凝器结果。2.根据权利要求1所述的一种蒸发式冷凝器结构设计方法，其特征在于：所述S4中的空气各点的状态参数包括：进风口空气的焓值、进风口空气的含湿量、出风口空气的焓值、出风口空气的含湿量、换热管外空气的平均焓值、换热管外空气的平均含湿量；所述水各点的状态参数包括：水膜处空气的焓值和水膜处空气的含湿量。3.根据权利要求2所述的一种蒸发式冷凝器结构设计方法，其特征在于：所述S5具体包括以下步骤：S5-1：根据输入风量和初定结构尺寸，计算迎面风速v：v＝G/3600/((L-0.08)·(W-0.08))式中，G为输入风量，L为长，W为宽；根据式5计算最窄面处空气流速：vmax＝s/(s-do)·v(5)式中，s为换热管与换热管之间的间距；d0为换热管外径；v为迎面风速；S5-2：计算水膜与空气的对流传热系数αwa：式中；λm为空气平均导热系数，d0为管外径，vmax为最窄面处空气流速，υm为空气平均运动粘度；S5-3：计算换热管外空气当量对流换热系数αj：式中，A为水膜温度修正系数，αwa为水膜与空气的对流传热系数，hw为水膜处空气的焓值，hm为换热管外空气的平均焓值，Aw为水膜和空气的接触面积，Ao为换热管外表面积，Cpm为换热管外空气的平均定压比热，tw为水膜温度，tm为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周荣辉，赵东华，王晓龙，吴官鸿，
申请(专利权)人：南京久鼎制冷空调设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32