课程设计————冷凝器

1课程设计说明书设计题目：换热器工艺设计能源与动力工程学院热能与动力专业学生姓名：学号：指导教师：完成时间:华中科技大学2主要设计及说明主要结果一：设计题目室外侧进风温度35℃，冷凝温度50℃，过冷度5℃，室内侧进风干球温度27℃，湿球温度19.5℃，蒸发温度7℃，过热度5℃，压缩机指示效率0.75.换热器类型：冷凝器。制冷剂：R410A。系统制冷量：Q0=2200W。参考书籍：《小型制冷装置设计知道》；《制冷原理与装置》。二：设计目标由于系统制冷量比较小，因此所设计系统的冷凝器形式选为：空气强制流动的空冷冷凝器三：冷凝负荷计算根据题目提供的数据查R410a的压焓图，如下图所示，WQ220003主要设计及说明主要结果查的各状态点的数据：0点：T0=7℃，P0=9.898bar，h0=427.58(kj/kg)1点：T1=12℃,P1=9.898bar,h1=432.21(kj/kg),V1=0.02774(m^3/kg)2s点：T2s=75.35℃,P2s=30.4bar，h2s=475.16（kj/kg）3点：T3=50℃,h3=292(kj/kg)4点：T4=45℃,h4=280.21(kj/kg)压缩机指示效率:ηi=0.754主要设计及说明主要结果冷凝器热负荷Qk计算：单位制冷量：)/(152410kgkjhhq制冷剂质量流量：)/(014474.000skgqQqm单位理论公：)/(95.4221.43216.47512kgkjhshwo压缩机理论功率：)(6216583.00kWqmwoP压缩机指示功率：)(829.0/0kWiPPi2点焓值：)/(4767.48775.021.43216.47521.4321212kgkjihshhh冷凝负荷：)(02886.3014474.0)21.28047678.487()42(kWqmhhQkkgkjh/4767.4872kWQk02886.35主要设计及说明主要结果冷凝器的初步规划及有关参数选择管排方式采用叉排，正三角形排列。管间距mms4.251，排间距mms222，紫铜管35.03.9，翅片厚度mmf12.0肋片间距mmsf8.1；沿气流方向管排数n=2排；各部分单位管长面积计算如下：)(00977.000012.0200953.020mfddb单位管长肋片面积：537633.00018.01)00977.04022.00254.0(21)421(222sfdbssff肋间基管表面积：2028632613.0)8.112.01(00977.0)1(msdfffbb肋管外总表面积：2566256.0mfffbft6主要设计及说明主要结果肋管内表面积：2027726.000883.0mdfii肋化系数：42348.20027726.0566265.0itff五：空气进出冷凝器温差及风量取冷凝器进出口空气温差为8℃，即温差:812aaattt℃所以433582at℃空气定性温度:3924335221aaamttt℃据此查的空气的各项参数为：密度3/0995.1mkgm；比热容)/(103.1kkgkjcpa;运动粘度smam/0000175.02;热导率)/(02643.0kmwf计算风量：smtcQVapamka/31219.0811030995.186.3028342348.20smVa/31219.037六：肋片效率及空气侧换热系数冷凝器的空气最小流通面积minA与迎风面积fA之比：574331.00018.00254.0)00012.00018.0()00977.00254.0())((11minfffbfsssdsAA取迎面风速smwf/0.1，则最小流通面风速：smwAAwff/741157.1574331.00.1minmax计算迎风面积：231219.00.131219.0mwvAfay翅片宽度：mnsL044.0022.022当量直径：msdssdsdffbffbeq0030339.0)00012.0002.0()00977.00254.0()00012.00018.0()00977.00254.0(2)()())((211空气雷诺数：8569.3010000175.00030339.0741157.1maxfeqefdwR8主要设计及说明主要结果流体流过整张平套片管管簇是的换热系数计算公式：对于叉排：meqneffdLcRda)(1.100适用范围：;5~2/;50~4/;40~40;35.0~18.0/;10~50014beqfbfefdsdLtdsR运用公式时所需要确定的参数：599795.200977.00254.01bds204708.000977.0002.0bfds单元空气流到长径比：50279.140030339.0044.0eqdL比对各参数得知可以运用上公式计算该冷凝器管外表面换热系数：2625.0)/(103)/(000425.0/02315.0518.0362eqeqeqdLdLdLA337983.0)10008569.30124.036.1(33867.0)100024.036.1(efRAc545718.0/0066.045.0eqdLn255851.010008569.30108.028.0100008.028.0efRm所以管外表面传热系数)/(85509.3650279.148569.301337983.00030339.002643.01.12255851.0545718.00kmwa9肋片效率确定：对于叉排管有00977.00254.0,3.0127.1'1bds其中肋片当量高度：mdhb01167.0))3.0100977.00254.027.1ln(35.01()13.0100977.00254.027.1(200977.0)'ln35.01)(1'(2'肋片特性参数：100079.5500012.020385509.3622mamff；其中)/(203kmwf为铝肋片热导率。所以肋片效率：882019.001169.00079.55)011679.00079.55(')'(thmhmhthf冷凝器外表面效率：887985.0566265.0028632613.0882019.0537633.0tbffsfff10七：管内R410A冷凝时的表面传热系数1．根据《制冷原理与装置》附表E-3，序号四提供的蒸汽在管内冷凝时的换热系数方法，对于氟利昂在空气冷凝器中的冷凝换热，有管内冷凝换热系数：4/14/14/1)(683.0iwkmsidttBra其中4/1sr和mB根据2502wkwmtttt在附表E-3中用线性插值法查得；2.由热量平衡关系求解管壁温度：忽略薄壁铜管热阻和管与肋片之间接触热阻，则管内外表面热量平衡关系为：)()(0amwtswkiittfattda即)39(566265.085509.36887985.0)50(00833.000883.0)50(683.04/14/14/1用试凑法当87.47wt℃时，查得：85824.194/1sr；43644.67mB；上式成立。因此，取管壁温度为1.47wt℃。所以，管内冷凝换热系数：)/(775.298300883.0)87.4750(43644.6785824.19683.0)(683.024/14/14/14/14/1kmwdttBraiwkmsi℃87.47wt11八：计算所需的传热面积以管外面积为基准的传热系数：sffiofaraK001111其中906644.1027726.0566265.02566265.01mtff；这里的mf00035.0为铜管厚度，)/(203kmwf为铝片热导率，根据《小型制冷装置设计指导》第67页表3-1提供的冷凝器中推荐选用的冷却介质侧污垢系数值取强制通风空气冷却式冷凝器尘埃垢层污垢系数)(0001.0120wkmr，由于制冷剂侧热阻相对于空气侧为小值，可忽略。所以换热系数：)/(37525.2489.086.3610001.0906644.120300035.04.20775.2983112kmwKof12平均温差5.10)43503550ln(3543)ln(2112akakaamttttttt℃所需管外传热面积及结构参数：管外面积20837906.115.1037525.2486.3028mtKQFmofk；取0F=122m。所需肋片管中长度mfFLtof19148.21566265.012'取冷凝器每列管数19根，总管数38根单管有效长度0.60m总有效管长为38*0.60=22.8m裕度为7.59%冷凝器高度msH4826.00254.038381冷凝器深度msnL044.0022.022实际迎风面积231369.060.04826.0'mHLA实际风速smAvwaf/995217.031369.031219.013由于实际风速与设计风速相符，所以设计合理。九：空气流动阻力计算及风机选定根据《制冷原理与装置》141页提供的空气流动阻力计算公式ameqpwdLgAp806424.6)74.10955.1(50279.140133.081.92.1))((2.17.17.1max取app7该冷凝器需要风机的额定风量smva/31219.03。风机全压afmdgstpwPPP5425.72995217.00995.172722取apP8