HTFS冷凝器蒸发器设计

干式蒸发器设计与校核 

I.系统参数确定 

利用SolKane对系统参数进行设计：

输入蒸发温度、冷凝温度，过热度设定为4℃，过热度太大，会引起蒸发器设计面积过大；蒸发器压降设定为0.5bar，过冷度设定在2.0℃，冷凝器压降为0.3bar。

II.HTFS设计 

1.Problem Definition项目定义 ⑴Application Options-应用选型

冷侧与热侧的Application应用会自动根据后面的过程参数中进出口干度调整，在选择时可保持默认状态。

⑵Process Data-过程参数

对于冷凝器和蒸发器来说，因管内外传热系数均很大，所以污垢系数对换热器的面积影响非常大。

2.Property Data-物性参数 

换热面积初步确定：（管型为12mm×0.5-实际厚度） 

热流密度按12Kw/m2计算，单位管长面积为0.0377m2/m，即单位管长负荷为0.4524Kw/m。 

总管长=负荷(kw)÷0.4524(kw/m)  管程布局： 

单管流通截面积为0.000095m2，通过Solkane可知其质量流量，对于12mm管型，R22制冷剂，其最佳截面质量流量为250kg/s.m2左右，建议范围为200<m<300 kg/s.m2。 

每流程管数=质量流量(kg/s)÷250(kg/s.m2)÷0.000095m2 管长选择： 

标准管长为 2100；2400；2700；3300；3600 管间距： 管间距≥16mm 折流板间距： 

折流板间距为壳体内径的20%~100%。 折流板切口率： 20%~35%。

修正系数： 

阻力因子fDarcy = C*Re-D 

传热系数hi = (k/Di nom.)*(STC)*Re0.8*Pr1/3*(µ/µwall)0.14   不同的管型与制冷剂，上述各修正系数不同。

按同样的操作方法，选择管侧接口尺寸。

5.Program Options-程序设定 

⑴Design Options-设计规定：在设计模式下可规定尺寸等一些设计限定(默认即可) (2)Thermal Analysis-热力学分析 

(3)Methods/Correlations-方法与关联性设定

6.结果分析 

(1)Performance-传热效果

A． 判断传热面积 

通过对实际面积与所需面积比可判断传热面积是否足够，如果值小于1，则说明传热面积小，然后判断传热系数是否在正常范围内，如果传热系数正常，说明需要增大传热面积。 B． 过热度判断 

通过计算的出口压力查询Solkane对比过热度，过热度保持在6~8℃

C． 传热系数判断 

壳侧正常范围6000~9000，传热系数越大，压降越大，如果壳侧传热系数过小，可在后面的Flow Analysis页对流体进行详细分析；管侧传热系数约在3000~5500，管侧流速越大，传热系数越大，但压降也随着增大；管侧推荐流速为10~12m/s。总传热系数在2000~4000左右。 D． 振动判断 

在振动判断项如是yes或是Possible提示，即表明有振动问题，可在后面振动分析页进行详细分析。 E． RhoV2判断 

如果RhoV2判断项出现yes，说明有接口位置接管过小，在后面的Pressure Drop页可进行详细分析。

关于振动

振动会通常导致管或管与端版连接处泄露，另一个症状是噪音增大和壳侧压力损失增大。通常抑制某一振动会导致其他的振动问题更明显，此外振动损伤的一条管会有时会加剧其他管的振动问题，因而使振动问题更复杂化。 

产生振动损伤通常是以下几种： a) 由于反复弯曲引起“疲劳损伤”，连续振动引起的应力然后管容易成为应力腐蚀。 b) 相邻管之间的跨中的反复撞击，导致管壁减薄并最终破裂，这被称为“碰撞损伤”。 

c) 由于折流板切口引起的“折流板损伤”，当折流板边缘较为锋利或者其材质硬度大约管材质时，由于反复振动导致管材破裂。 

d) 由于折流板孔与管之间的间隙，管与折流板孔间反复撞击导致的管破裂。 e) 由于在管胀接处松动，且没有扩展槽，由此引起的振动破裂。 

f) 过大的噪声引起的振动损伤，这种振动可能导致整个壳体振动，这种振动可听到剧烈的咔嗒咔嗒振动声。 

g) 高壳侧压降，由于剧烈的振动需要壳侧的能力输入，当壳侧压降急剧增大时，就有可能是振动的加剧引起的。 

h) 微动磨损发生在管之间或管与板孔间，振动微动磨损是仅次于腐蚀的换热器损伤原因之一。 避免振动的方法： 

a) 减少管跨距，以减少管的自然频率； b) 

减少错流速率，以减少流体给管的能量输入。 

但是以上两个条件通常是矛盾的，例如为了减少管自然频率，其措施是： 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 增加中间支撑； l 窗口区不布管； l 

使用折流杆； 为了减少错流区流速，我们的方法有： 

l 增大折流板间距； l 增大管束与壳体内径间距； l 使用双弓折流板； 

l 使用分流壳体，例如J壳体； l 

设计成轴流流动结构的壳体； 

通常的办法是如果传热能力和压降均有所余量时，可适当的 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 改变折流板形式； l 

去除部分管子； 

如果传热系数和压降均已接近限制极限，那就必须改变壳体形式或在窗口区取消布管。 

 

7.模拟不同工况 

    通过输入不同的水流量，可查看不同工况下的换热器模拟结果。

振动会通常导致管或管与端版连接处泄露，另一个症状是噪音增大和壳侧压力损失增大。通常抑制某一振动会导致其他的振动问题更明显，此外振动损伤的一条管会有时会加剧其他管的振动问题，因而使振动问题更复杂化。 

产生振动损伤通常是以下几种： a) 由于反复弯曲引起“疲劳损伤”，连续振动引起的应力然后管容易成为应力腐蚀。 b) 相邻管之间的跨中的反复撞击，导致管壁减薄并最终破裂，这被称为“碰撞损伤”。 

c) 由于折流板切口引起的“折流板损伤”，当折流板边缘较为锋利或者其材质硬度大约管材质时，由于反复振动导致管材破裂。 

d) 由于折流板孔与管之间的间隙，管与折流板孔间反复撞击导致的管破裂。 e) 由于在管胀接处松动，且没有扩展槽，由此引起的振动破裂。 

f) 过大的噪声引起的振动损伤，这种振动可能导致整个壳体振动，这种振动可听到剧烈的咔嗒咔嗒振动声。 

g) 高壳侧压降，由于剧烈的振动需要壳侧的能力输入，当壳侧压降急剧增大时，就有可能是振动的加剧引起的。 

h) 微动磨损发生在管之间或管与板孔间，振动微动磨损是仅次于腐蚀的换热器损伤原因之一。 避免振动的方法： 

a) 减少管跨距，以减少管的自然频率； b) 

减少错流速率，以减少流体给管的能量输入。 

但是以上两个条件通常是矛盾的，例如为了减少管自然频率，其措施是： 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 增加中间支撑； l 窗口区不布管； l 

使用折流杆； 为了减少错流区流速，我们的方法有： 

l 增大折流板间距； l 增大管束与壳体内径间距； l 使用双弓折流板； 

l 使用分流壳体，例如J壳体； l 

设计成轴流流动结构的壳体； 

通常的办法是如果传热能力和压降均有所余量时，可适当的 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 改变折流板形式； l 

去除部分管子； 

如果传热系数和压降均已接近限制极限，那就必须改变壳体形式或在窗口区取消布管。 

 

7.模拟不同工况 

    通过输入不同的水流量，可查看不同工况下的换热器模拟结果。

振动会通常导致管或管与端版连接处泄露，另一个症状是噪音增大和壳侧压力损失增大。通常抑制某一振动会导致其他的振动问题更明显，此外振动损伤的一条管会有时会加剧其他管的振动问题，因而使振动问题更复杂化。 

产生振动损伤通常是以下几种： a) 由于反复弯曲引起“疲劳损伤”，连续振动引起的应力然后管容易成为应力腐蚀。 b) 相邻管之间的跨中的反复撞击，导致管壁减薄并最终破裂，这被称为“碰撞损伤”。 

c) 由于折流板切口引起的“折流板损伤”，当折流板边缘较为锋利或者其材质硬度大约管材质时，由于反复振动导致管材破裂。 

d) 由于折流板孔与管之间的间隙，管与折流板孔间反复撞击导致的管破裂。 e) 由于在管胀接处松动，且没有扩展槽，由此引起的振动破裂。 

f) 过大的噪声引起的振动损伤，这种振动可能导致整个壳体振动，这种振动可听到剧烈的咔嗒咔嗒振动声。 

g) 高壳侧压降，由于剧烈的振动需要壳侧的能力输入，当壳侧压降急剧增大时，就有可能是振动的加剧引起的。 

h) 微动磨损发生在管之间或管与板孔间，振动微动磨损是仅次于腐蚀的换热器损伤原因之一。 避免振动的方法： 

a) 减少管跨距，以减少管的自然频率； b) 

减少错流速率，以减少流体给管的能量输入。 

但是以上两个条件通常是矛盾的，例如为了减少管自然频率，其措施是： 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 增加中间支撑； l 窗口区不布管； l 

使用折流杆； 为了减少错流区流速，我们的方法有： 

l 增大折流板间距； l 增大管束与壳体内径间距； l 使用双弓折流板； 

l 使用分流壳体，例如J壳体； l 

设计成轴流流动结构的壳体； 

通常的办法是如果传热能力和压降均有所余量时，可适当的 

l 减少折流板间距； l 减少端部折流板间距； l 改变折流板形式； l 

去除部分管子； 

如果传热系数和压降均已接近限制极限，那就必须改变壳体形式或在窗口区取消布管。 

 

7.模拟不同工况 

    通过输入不同的水流量，可查看不同工况下的换热器模拟结果。