制冷原理课程设计最终版

制冷原理与应用课程设计设计题目：20KW冷却空气的表面式蒸发器设计专业班级：热能xx-0x姓名：xxx河南理工大学机械与动力工程学院能源与动力工程系2015.71目录一、课程设计任务书................................错误!未定义书签。二、设计计算...........................................................................22.1选定蒸发器的结构参数...............................错误!未定义书签。2.2蒸发器的尺寸参数......................................................................22.3蒸发器的几何参数计算..............................................................22.4确定空气在蒸发器内的状态变化过程.......................................22.5空气侧换热系数计算..................................................................32.6冷媒侧表面传热系数计算........................................................52.7确定蒸发器的结构尺寸..............................................................82.8阻力计算.....................................................................................8三、参考书...............................................................................92一、设计任务书请设计一台冷却空气的表面式蒸发器。室内回风干球温度1ft=26℃，湿球温度1st=20℃；蒸发器送风干球温度2ft=21℃，湿球温度2st=17.8℃；管内R22的蒸发温度0t=6℃；蒸发器负荷0Q=20KW。制冷工质R22质量流速g=140kg/(m2·s)。所采用铜管的直径厚度，铜管排列方式，铜管水平方向间距和竖直方向间距均与教材205页例题中条件一致。沿空气流动方向管排数NC=3排，每排管数NB=32。要求：最后连同封面和设计任务书，加上自己做的设计说明书，一起打印。另用CAD软件画图，画出设计的表面式蒸发器的正视图和侧视图。3二、设计计算（1）选定蒸发器的结构参数：纯铜光管外径mm52.9d0,钢管厚度mmt35.0；翅片选用铝套片，厚度mmf115.0，翅片间距mmSf8.1；铜管排列方式为正三角形叉排；翅片形式为开窗，翅片用亲水膜处理；铜管水平方向间距mm25.4S1，铜管竖直方向间距22mmS2。（2）蒸发器的尺寸参数：沿流动方向管排数3Nc排，每排管数NB=32。（3）蒸发器的几何参数计算：翅片为平直套片，套片后的管外径：9.75mm)0.115252.9(20fbdd，铜管内径：mmt82.8)35.0252.9(2-dd0i当量直径：mmSdSSdSUAdffbffbeq04.3115.08.175.94.25115.08.175.94.2522411单位长度翅片面积：mmSfb/537.0108.1400975.0022.00254.02104d-SS2A23232212单位长度翅片间管外表面积：mmSdfb/286.0108.110115.08.11075.910-SA23333ff2单位长度翅片管总面积：/m0.566mAAA2222翅片管肋化系数：44.2000882.0566.0212idAAA（4）确定空气在蒸发器内的状态变化过程：4根据给定的空气进出口温度由湿空气的焓湿图可得进风点：kgkJh/57.911，kggd/12.421；出风点：kgkJh/50.692，kggd/11.612。在湿空气焓湿图上连接状态点1和2，并延长与饱和空气线相交与饱和点4，示意图如下图所示。该点的参数是：kgkJh/37.424，kgkJd/77.104，℃154t。在蒸发器中空气的平均比焓：kgkJhhhhhhhh/93.53ln42412143在焓湿图上按过程线与平均比焓点kgkJh/93.533线的交点读得：℃2.23,/10.12d33tkgg。析湿系数可由下式确定，即：399.146.214343ttdd(5)空气侧换热系数计算：假定迎面风速smuf/1.21）空气的物性。已知蒸发器空气入口干球温度为℃，261ft空气出5口干球温度℃，21t2f可确定空气物性的平均温度为：℃5.232t21ffmtt空气在℃5.23tm下的热物性为：℃kgkJCmkgkmWsmvpafff/0065.1,/19.1,/0257.0,/10*48.15326-。2）最窄截面处空气流速。smSff/64.3-Sd-SSuufb11fmax3）空气侧表面传热系数。空气侧的雷诺数为：83.714Remaxfeqfvdu由式meqnfeqdLCdReNu推得空气侧表面传热系数：meqeqnfdLdReCo其中C22.01000Re0.24-1.36f因为1852.0dL103dL00425.0dL0.02315-0.518362eqeqeq代入上式得:C=0.220n=0.45+0.00665931.0dLeq,m=-0.28+0.081000Ref-0.2228则：kmW2.462o铜管叉排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.3，则空气侧表面传热系数为：kmWo20/066.663.11.14）空气侧当量表面传热系数。对于叉排翅片管簇，有：6bdB2.6051计算等效半径:3.027.1rrbetBA2.7681式中，A，B分别为六角形长对边距离与短对边的距离，正六角形时，A=B。由hmhmftanh计算翅片效率：计算翅片当量高度：m01169.00.35ln1122hbetbetbrrrrdd135.822mmo则翅片效率：f0.7744表面效率：fAA1122s0.786空气侧当量表面传热系数为:kmwso2f/65.72(6)冷媒侧表面传热系数计算设R22进入蒸发器的干度16.01x，出口蒸发器时0.12x，汽化热r=206kJ/kg，则R22的总流量为：skgxxrQqm/1158.0120R22的总流通截面积：24-10*26.8qAmgm每根管子的有效流通截面积：25-2ii10*1067.64dAm蒸发器得分路数：5.13AAZi，取Z=147每一路的R22流量：skgZqdd/008256.0qR22在管内蒸发时表面传热系数可参照2.06.02.0qiimdq并考虑到管内蒸发压力变化后的修正式为:6.0i3766.8iq式中，crP为制冷剂临界压力。如果是螺纹管，表面传热系数则需乘以系数1.2。由于R22与润滑油相互溶解，可忽略管内侧污垢。取翅片测污垢热绝热系数为0.001(k2m)/w,翅片与管壁间接触热绝缘系数之和为2.5wk/m10-3）（。得肋侧总表面积为基准的传热系数为：6.0m2ii4425.20216.0111AAAA11Kisooccq外表面的热流量：44.20qqioiq需要的传热面积为:iq408800qQAooF需要的总管路长为：iql722261R22在管内蒸发的阻力为：09.0-91.0546.3210986.5piiioqZdlgq不同的制冷剂的最优流动阻力op可按表6-13取值。8制冷剂蒸发温度/℃管内径/mm2/2500qmwi2/0500qmwi2/5007qmwi2/00100qmwiakoPp℃otakoPp℃otakoPp℃otakoPp℃otR2257.010.3330.5713.5210.7415.9970.8818.0170.999.011.5750.6315.1250.8317.8870.9820.1601.10R134a7.09.5790.7912.7661.0515.1341.2417.0521.409.010.7130.8814.2911.1816.9051.3919.0721.57R410a7.010.8560.3614.4630.4817.1090.5719.2580.649.012.1450.4116.1930.5419.1630.6421.5750.72R22在管内蒸发时蒸发温度的降低值：otoooptpt6℃式中，℃1otoopt为蒸发温度为-1℃时蒸发温度随蒸发压力的变化率。经过计算可得:℃1ototop0.0631℃/Pa于是℃09.0-048.20613.0tiooqP故实际传热温差为：ofoofoffofofofoftttttttttttttttt212122112211mlnlnt又15048.220ln048.254425.20216.0144.20q09.0-09.0-6.0iiimoiqqqtKq采用迭代法解上式可得：2/11330qmwi因此外表面热流密度：2/5543qmwqio冷媒侧的表面传热系数：)/(26.22572ikmw传热系数：)/(6.32K2kmw9工质压降：kPao14p蒸发温度下降值：℃88.0to实际的传热温差为：℃9.16tm所需要的传热面积2ooF2.36qQAm实际所需要翅片管总长为：ml98.63（7）确定蒸发器的结构尺寸：蒸发器长：mNNllCBA52.1高：mSNlBB36.01宽：mSNlCC066.02风量为：smttcQffpafo/616.2q312迎风面积为：2y55.0AmllBA实际迎面风速为:smAqvyfV/76.4与原假设的风速相符，不在另作计算。(8)阻力计算：空气侧阻力：PawdLeqf7.2481.9p7.1max式中，为考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取0.0113，对亲水膜取0.007。铝片数量：片844NfAFSl铝片重量：kglAAf9.5107.22/m322F10铜管重量：kgddlit72.51089.84m3220参考书：⑴王志远.制冷原理与应用[M].机械工业出版社,2013,北京.⑵张小松.制冷技术与装置设计[M].重庆大学出版社,2008,重庆.