空气源热水器设计报告书

word专业整理学习资料整理分享空气源热水器一：基本参数气象参数贵阳（冬天）平均气温10℃进水温度：10℃出水温度：55℃进出水管DN25直流式260㎏/h制冷剂为R22压缩机为涡旋式电源规格：220V-50Hz二：设计选型1初步设计⑴设计参数和装置结构的约定由基本参数选择单机压缩式热泵，水通过冷凝器一次性加热到55℃，热泵工质的蒸发冷凝温度分别为5℃、60℃，蒸发器为翅片管式，节流部件选用毛细管。基于上述约定的基本型空气源热水器装置示意图如下：基本型空气源热泵热水装置示意图进水温度Ti=10℃,出水温度To=55℃,定性温度Tm=32.5℃,工作压力0.4Mpa,流量M1=0.072㎏/s.R22侧冷凝温度Tc=60℃,压力Pc=2.428Mpa;蒸发温度Te=5℃,Pe=0.584Mpa。查物性表知水及R22的物性参数如下表。项目单位数值水参数密度ρ1㎏/m³995比热Cp1KJ/(㎏·℃)4.1786导热系数λ1W/(m·k)0.6196粘度μ1Pa·s0.0007567R22液相参数(60℃饱和)密度ρ2y㎏/m³1030.3842比热Cp2yKJ/(㎏·℃)1.5392导热系数λ2yW/(m·k)0.067粘度μ2yPa·s0.000108热水箱压缩机蒸发器10℃6℃5℃55℃15℃毛细管50℃冷凝器R22热水箱word专业整理学习资料整理分享R22气相参数（60℃饱和）密度ρ2v㎏/m³111.5914比热Cp2vKJ/(㎏·℃)1.2872导热系数λ2vW/(m·k)0.016粘度μ2vPa·s0.0001495R22(5℃)比焓hevKJ/㎏408.3R22(60℃)比焓hclKJ/㎏275.8⑵各部件的确定①压缩机的确定热泵工作时的热水产率应不小于260L/h,则热水加热所需的热量至少为：Qc=M1*Cp1*(To-Ti)=0.072*4.1786*(55-10)=13.53kW.由此可选用制热量为17.4kW,功率为5.0kW的涡旋式压缩机，热泵工质从蒸发器中的吸热量为Qe=17.4-5.0=12.4kW.②冷凝器的确定管路及冷凝器等部位的热损失较小，冷凝器的传热量约等于压缩机的制热量，即Qc=17.4kW，选取冷凝器的传热系数K’=235W/（㎡*K）,冷凝器中工质与水的对数平均温差:Δtm=Δtmax−ΔtminlnΔtmaxΔtmin=(60−10)−(60−55)ln(60−10)(60−55)=19.5℃进而求得冷凝器的传热面积为：Fc’=QcKc∗Δtm=3.79㎡③蒸发器的确定传热量Qe=12.4kW,取蒸发器的传热系数为Ke=35W/(㎡*K)。蒸发器进口侧工质与空气传热温差为Δtmax=10-5=5℃,出口侧工质与空气的传热温差为Δtmin=6-5=1℃,蒸发器中工质与水的对数平均温差为：Δtme=Δtmax−ΔtminlnΔtmaxΔtmin=5−1ln51=2.5℃进而求得蒸发器的传热面积为：Fe=QeKe∗Δtme=141.7㎡④毛细管单位质量热泵工质流经蒸发器时的吸热量为:qe=hev-hel=408.3-275.8=132.5KJ/㎏=132.5J/g则热泵中R22的质量流量为：M2=12400132.5=93.6g/s热泵工质的冷凝温度为60℃，冷凝压力为Pc=2.428Mpa；蒸发温度为5℃，蒸发压力为Pe=0.584Mpa,冷凝压力与蒸发压力之差为：ΔP=Pc-Pe=2.428Mpa-0.584Mpa=1.844Mpa取毛细管内径D=2.0mm,可得到毛细管的长度L:L=19.41∗ΔP∗D4.746M21.751=19.41∗1.844∗24.74693.61.751=0.34m⑤压缩机的排气温度设压缩机出口处热泵工质的焓为hco,则有word专业整理学习资料整理分享Qc=M2*(hco-hcl)可得：hco=hcl+QcM2=275.8+17.40.0936=461.7KJ/㎏又已知压缩机出口处热泵工质的压力约等于冷凝压力2.428Mpa,查表可得压缩机出口处热泵工质的温度为：101℃.2冷凝器设计计算（1）管壳式冷凝器计算表格如下：R22走壳程，水走管程项目单位计算过程或来源结果备注流体基本物性参数R22的冷凝温度Tc℃设定60R22的蒸发温度Te℃设定5水的进口温度Ti℃已知10水的出口温度To℃已知55水的定性温度Tm℃(Ti+To)/2=(10+55)/232.5管的壁面温度Tw℃58选定壳程凝液膜定性温度Tb℃(Tc+Tw)/2=(60+58)/259水的流量M1㎏/s已知0.072水的密度ρ1㎏/m³查物性表995水的比热Cp1KJ/(Kg·K)查物性表4.1789水的导热系数λ1W/(m·K)查物性表0.6196水的动力粘度µ1Pa·s查物性表0.000756689水的运动粘度ν1㎡/s查物性表0.000000761水的普兰德数Pr1Pr1=Cp1*µ1/λ1=(4178.9*0.000756689)/0.61965.1凝液膜的密度ρ2㎏/m³查物性表1035.9凝液膜的比热Cp2KJ/(Kg·K)查物性表1.5245凝液膜的动力粘度µ2Pa·s查物性表0.0001095凝液膜的运动粘度ν2㎡/s查物性表0.000000106凝液膜的导热系数λ2W/(m·K)查物性表0.0675选型计算水所需要的热量QkWQ=M1*Cp1*(To-Ti)=0.072*4.1786*(55-10)13.5kW冷凝器的传热量QckW选定压缩机制热量17.4kW近似等于压缩机的制热量冷凝器侧对数平均温差Δtm℃Δtm=Δtmax−ΔtminlnΔtmaxΔtmin=(Tc−Ti)−(Tc−To)ln(Te−Ti)(Te−To)=(60−10)−(60−55)ln(60−10)(60−55)19.5初定传热系数K’W/(㎡·K)选取235水速度小估传热面积Fc’㎡Qc/(K’*Δtm)=17400/(235*19.5)3.79word专业整理学习资料整理分享选型计算管程管子内径dim选取铜管0.01管程管子外径dom选取铜管0.012水的流速wm/s0.05选取每程流通截面积Ai㎡Ai=M1/(w*ρ1)=0.072/(0.05*995)0.001452每程管数n个n=4*Ai/(di^2*л)=4*0.001452/（0.01^2*3.1416）=18.493选取1919л取3.1416管程数目Zt程选取4总管子数Nt个Nt=4*n=4*1976管长lml=Fc/(4*л*do*19)=3.79/(4*3.1416*0.012*19)1.323л取3.1416管子排列方式正三角形见附图管中心距smm查标准16分程隔板槽处管中心距lemm查标准30平行于流向的管距spmmsp=sCos30°=16*Cos30°13.9垂直于流向的管距snmmsn=sSin30°=16*Sin30°8管束中心至最外层管中心距离m√（0.032+0.0652）0.073866由附图算出管束外圆直径DlmDl=2*0.07866+0.0120.159733壳体内经DsmDs=Dl+2b3;b3=0.25do=0.0030.008Ds=0.159733+2*0.0080.175733长径比l/Ds=1.323/0.1757337.5合理管程计算管程接管直径Dnmm已知25管程雷诺数Re1Re1=(w*di)/ν1=(0.05*0.01)/0.000000761657.1管程换热系数α1W/(㎡·K)α1=1.86λ1di(Re1∗Pr1)1/3(dil)1/3ϕ=1.860.61960.01(657∗5.1)1/3(0.011.32)1/3ϕ355.53ϕ取1.05流体加热取1.05，冷却取0.95壳程计算凝液膜的汽化潜热γKJ/Kg查物性表140.497壳程BmBm=(9.81ρ2λ23ν2)1/4=(9.81∗1035.9∗0.067530.000000106)1/473.74平均管排数nm排`nm=(746∗20.75+8∗40.75+5∗60.75)44.14制冷装置与原理（郑139页word专业整理学习资料整理分享壳程计算管簇修正系数εn`εn=1nm0.167=14.140.1670.7889壳程换热系数α2W/(㎡·K)α2=0.72γ0.25Bm(Tc−Tw)0.25d00.25εn=0.72∗140.4970.25∗73.74*(60−58)0.25∗0.0120.25∗0.78892060.21制冷装置与原理(郑贤德2版)140页精确计算铜管的厚度δm选取的铜管参数0.001铜管的导热系数λcuW/(m·K)选取的铜管参数401查中文版传热传质学R22侧污垢热阻Rs·0(㎡·K)/W查参数表0.00017换热器原理与设计（史中美4版293页）水侧污垢热阻Rs·i(㎡·K)/W查参数表0.00017换热器原理与设计（史中美4版292页）传热系数KW/(㎡·K)K=(1α2+Rs·0+Rs·id0di+δλcu+1α1d0di)−1=(12060.21+0.00017+0.00017∗0.0120.01+1355.53∗0.0120.01)−1236.0086实际所需传热面积Fc㎡Fc=QcK∗Δtm=17400236.008∗19.53.77满足管程阻力计算范宁摩察系数fi16/Re10.0243换热器原理与设计(史美中2版69页2.35)沿程阻力ΔPiPaΔPi=4fildiρw221ϕ=4∗0.0243∗1.320.01∗995∗0.0522∗11.0515.3换热器原理与设计(史美中2版69页)回弯阻力ΔPrPaΔPr=4ρw22Zt=4∗995∗0.0522∗419.9换热器原理与设计(史美中2版70页)进出口接管阻力ΔPnPaΔPn=1.5ρw2239.6同上，进出水接管内ρ=998，word专业整理学习资料整理分享=1.5∗998∗0.2322w=0.23m/s管程总的阻力ΔPPaΔP=ΔPi+ΔPr+ΔPn74.75满足附图：管束排列截面图（2）板翅式冷凝器计算表格如下：项目单位计算过程或来源计算结果备注流体的基本物性参数R22的质量流量M2g/s已计算93.6上一步内R22的定性温度Tc℃已设定60R22液相密度ρyKg/m³查物性表1030.38R22液相比热CpyKJ/(Kg·K)查物性表1.5392R22液相导热系数λyW/(m·K)查物性表0.067R22液相动力粘度μyPa·s查物性表0.000108R22液相运动粘度νy㎡/s查物性表0.000000105R22液相普兰德Pry=Cpy*µy/λy2.5图中每一个顶点都为一根管子的中心，总共74根管子，壳径175.733mm.10排，19列，其中6列2排、8列4排、5列6排，平均管排数为4.14。word专业整理学习资料整理分享数Pry=(1539.2*0.000108)/0.067R22气相密度ρvKg/m³查物性表111.59R22气相比热CpvKJ/(Kg·K)查物性表1.2872R22气相导热系数λyW/(m·K)查物性表0.016流体的基本物性参数R22气相动力粘度μvPa·s查物性表0.00001495R22气相运动粘度νv㎡/s查物性表0.000000134R22气相普兰德数PrvPrv=Cpv*µv/λv=(1287.2*0.00001495)/0.0161.2重力加速度gm/s^2当地9.8经验选取水的进口温度Ti℃已知10水的出口温度To℃已知55水的定性温度Tm℃(Ti+To)/2=(10+55)/232.5水的流量M1㎏/s已知0.072水的密度ρ1㎏/m³查物性表995水的比热Cp1KJ/(Kg·K)查物性表4.1789水的导热系数λ1W/(m·K)查物性表0.6196水的动力粘度µ1Pa·s查物性表0.000756689水的运动粘度ν1㎡/s查物性表0.000000761水的普兰德数Pr1Pr1=Cp1*µ1/λ1=(4178.9*0.000756689)/0.