制冷课程设计-徐向均-081307104

课程设计成果说明书 题 目： 冷冻水制冷系统设计 学生姓名： 徐向均 学 号： 081307104 学 院： 东海科学技术学院 班 级： C08 建环（ 1）班 指导教师： 韩志 浙江海洋学院教务处 2011 年 5 月 1 日 1 浙江海洋学院课程设计任务书浙江海洋学院课程设计任务书 20102011 学年 第 2 学期 学院 东科 班级 C08 建环（1）班 专业 建筑环境与设备工程 学生姓名 (学号) 课程 名称 冷热源工程课程设计 设计 题目 冷冻水制冷系统设计 完成 期限 自 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 26 日 共 1 周 设 计 依 据 1、需方提供的设计任务书； 2、国家主要规范和行业标准 (1)采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003； (2)民用建筑设计防火规范GB50045-95(2001 版)； (3)民用建筑热工设计规范GB50176-93； (4) 全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力 ； 3、设计参数 （1）气象资料；（2）需冷量，供水回水温度，冷却水进水温度等 设 计 要 求 及 主 要 内 容 冷冻水工艺需冷量 Q0=（150+50N）KW，N是每位同学学号最未二位数； 载冷剂工质为冷媒水；冷媒水采用封闭系统；其供水温度 t1=+5，回水温度 t2=+10。冷凝器采用水冷却式，冷却水进水温度 t1w=32，系统流程见附图。 1、根据设计要求和任务，合理拟定制冷系统总体方案。 2、根据制冷系统设计方案要求，选择制冷剂、制冷压缩机、膨胀阀等部件。 3、依据热力学、传热学及流体力学原理，设计计算制冷换热器（主要是冷凝器 和蒸发器） 。 4、每个学生要提交设计说明书、设计计算书一份。 参 考 资 料 1、 冷热源工程张祉佑主编. 机械工业出版社 1987 2、 空气调节用制冷技术第二版 彦启森 主编 建筑工业出版社 1999.8 3、 制冷工程设计手册中国建筑工业出版.1978 4、 船舶设计实用手册.第六分册.冷藏通风.国防工业出版社.1975 5、 空调与制冷技术手册陈沛霖 主编 同济大学出版社 1992.3 6、大连冷冻机厂.上海冷冻机厂.产品样本 指导教 师签字 日期 2 浙江海洋学院课程设计成绩评定表浙江海洋学院课程设计成绩评定表 20102011 学年 第 2 学期 学院 东科学院 班级 C08 建环（ ）班 专业 建筑环境与设备工程 学生姓名 (学 号) 徐向均徐向均 081307104081307104 课程设计名 称 冷热源工程 题 目冷冻水制冷系统设计 指导教师评语 设计方案基本正确，内容较为完整，概念清晰，分析清楚，计算基本正确，语 句基本通顺。说明书较为完整、正确，具有一定的应用价值并符合规范化程度。基 本掌握基础理论和专业知识，能对数据进行处理，具有一定程度的计算机操作能力。 设计图纸方面，能完成规定的设计任务。图纸内容表达清晰，布局合理，线条 粗细均匀，标注及注释规范性尚好，并符合国家标准。 论文格式，能较好地按规定格式排版和打印，内容装订顺序正确，但尚存在着局部问题。 参考文献，在原文中标出引注，基本按标准形式书写。 有一定的独立工作能力，能查阅和利用技术资料，能运用计算机。学习态度端 正，遵守学习纪律，遵守作息时间，不迟到、早退和旷课。 指导教师签名： 年 月 日 答辩评语及成绩： 课题自述：自述思路清晰，有条理，基本能把做的设计工作讲解清楚。 说明书撰写质量：能按规定格式排版和打印，装订顺序正确，但存在局部问题。参考文献， 在原文中标出引注，基本按标准形式书写。 图纸质量与完成情况：能完成规定的要求，设计内容正确，布局合理，线条粗 细均匀，标注及注释规范性好，并符合国家标准。 回答问题情况：基本能回答提出的问题。 成绩： 答辩小组教师签名： 年 月 日 3 目目 录录 1设计资料.4 2设计说明.4 2.1确定制冷剂种类和系统形式 .4 2.2制冷系统的设计工况确定 .4 2.3制冷系统热力计算 .4 2.4卧室壳管式蒸发器设计 .5 2.5冷凝器计算 .6 3设计过程.8 3.1确定制冷剂种类和系统形式 .8 3.2制冷系统的设计工况确定 .8 3.3制冷系统热力计算 .8 3.4卧室壳管式蒸发器设计 .11 3.5冷凝器计算 .12 结束语 .15 参考文献 .15 4 1 1设计资料设计资料 冷冻水工艺需冷量 Q0=（150+504）=350KW;载冷剂工质为冷媒水；冷冻水采用封闭系统；其供水 温度 t1=5，回水温度 t2=10。冷凝器采用水冷却式，冷却水进水温度 t1w=32。 2 2设计说明设计说明 2.12.1 确定制冷剂种类和系统形式确定制冷剂种类和系统形式 制冷剂为氨；采用单级蒸汽压缩式制冷；供冷方式为直接供冷；冷凝器的冷却方式水冷却。 2.22.2制冷系统的设计工况确定制冷系统的设计工况确定 确定蒸发温度 t0、冷凝温度 tk、过冷温度 trc、吸气温度 tx，绘制制冷 LgP-h 图并查出个点参数。 2.32.3制冷系统热力计算制冷系统热力计算 2.3.1各个参数计算 计算制冷过程的单位质量制冷量、单位容积制冷量、制冷剂质量流量、制冷剂体积流量、冷凝器的 热负荷、压缩机的理论功率和理论制冷系数。 2.3.2选配制冷压缩机 由冷量换算公式计算制冷量，选择制冷压缩机并确定制冷压缩机配用的电动机功率。 2.3.3计算节流阀公称直径1 (2-1) vl PACG 0 1 . 16 (2-2) 60 634 . 0 02005 . 0 vC l 式中G质量流量（kg/h） ； A通道截面积（cm2） ； l截流阀前液体的密度（kg/m3） ； Pv截流阀前后的压力差（Pa） ； Co流量系数； 6节流阀出口状态下汽液混合物的比容（m3/kg） 。 5 2.42.4卧室壳管式蒸发器设计卧室壳管式蒸发器设计 2.4.1计算冷冻水侧放热系数2 (2-3) 33 . 0 6 . 0 33 . 0 6 . 0 )(22 . 0 22. 0 r w w re w n p v ud d pR d 式中：水的导热系数W/(mk)； dw传热管外径（m） ； u冷却水流速（m/s） ； v水的动力粘滞系数（m2/s） ； Pr普朗特常数。 2.4.2计算制冷剂侧的放热系数 (2-4) 25 . 0 2 3 25. 0 )(53 . 0 )(53 . 0 rw rr ww u w ptdg pG dd N 式中：g重力加速度（m/s2） ； 氨的导热系数W/(mk)； 体积膨胀系数； dw传热管外径（m） ； v氨的动力粘滞系数（m2/s） ； Pr普朗特常数； t壁面与蒸发温度的差值（） ； 2.4.3计算传热系数： K= 1 ) 1 ( nw (2-5) 式中w、n分别是管外和管内的放热系数（W/m2k） ； 管壁及管壁附着物热阻，氨侧污垢热阻为 4.310-4（m2K/W）,水侧污垢 热阻为 1.2310-4（m2K/W） ； 肋片系数，可取管外径与管内径之比（即） 。 nw dd / 2.4.4计算蒸发器的传热面积： A= (2-6) tK Q 0 式中：Q0蒸发器的热负荷( KW)； K 蒸发器的传热系数 kW/(m2K)； t制冷剂与载冷剂的对数平均温差()。 6 其中传热温差:在蒸发器中制冷剂和载冷剂之间的温差按对数平均温差计算: 02 01 21 ln tt tt tt t (2-7) 式中：t1载冷剂进蒸发器的温度()； t2载冷剂出蒸发器的温度()； t0蒸发温度()。 2.4.5 计算载冷剂循环量： (2-8)3600 )(1000 21 0 ttc Q M p 式中：cp载冷剂的比热容kJ/(kgk)； t1 、t2载冷剂进出蒸发器的温度 ()。 2.52.5冷凝器计算冷凝器计算 2.5.1冷凝器热负荷计算 Qk =MRqk=MR（h3-h5） (2-9) 式中：MR制冷剂质量流量（kg/s） ； qk冷凝器单位质量冷负荷（kJ/m） 。 2.5.2估算冷凝器传热面积与水量 (2-10) tK Q A k 式中：Qk冷凝器的热负荷( KW)； K 冷凝器的传热系数，取 K=700kW/(m2K)； t传热平均温差()。 传热温差： (2-11) 2wk 1wk 1w2w tt tt ln tt t 式中：tw1冷却水进口温度()； tw2冷却水出口温度()； tk 冷凝温度()。 冷却水循环量： （2-12) )( 21 k ttc Q M p 式中：cp冷却水的比热容kJ/(kgk)； 7 t1 、t2冷却水进出进出口温度 ()。 2.5.4水侧放热系数计算 2 （2-13) 2 . 0 8 . 0 n n d w B （2-14) w tB26.23 6 . 1395 （2-15) 2 21ww w tt t 式中tw1冷却水进水温度（） ； tw2冷却水出水温度（） ； B系数； w载冷剂流速，取 1.5m/s； dn管道内直径（m） 。 2.5.5制冷剂侧放热系数计算 （2-16) 25 . 0 25 . 0 )(725 . 0 woknw ttBd （2-17)4 32 g B )()( 0wwonnwokw ttdttd （2-18) 式中冷凝潜热，由冷凝温度而定（kJ/kg） ； 密度（kg/m3） ； g重力加速度，g=9.8m/s2； 导热系数 W/(mk)； 动力粘滞系数（pas） ； B系数； dn管道内直径（m） ； two壁温（） 。 2.5.6传热系数计算与实际所需冷凝面积 K= （2-19) 1 21 ) 1 ( 1 nn w w R d d R 式中w，n分别为制冷剂的凝结放热系数和水侧的放热系数（W/m2k） ； R1，R2分别为油膜热阻和水垢热阻（m2K/W） ； dw，dn分别为传热管的外径和内径（m） 。 8 3 3设计过程设计过程 3.13.1确定制冷剂种类和系统形式确定制冷剂种类和系统形式 制冷剂为氨；采用单级蒸汽压缩式制冷；供冷方式为直接供冷；冷凝器的冷却方式水冷却。其循环 原理图见图 1。 图图 1 1 制冷系统循环原理图制冷系统循环原理图 3.23.2制冷系统的设计工况确制冷系统的设计工况确定定 (1)蒸发温度 t0比冷冻水供水温度低 4-6，即: t0=550 (2)冷凝温度 tk比冷却水进出口平均温度高 5-7，取立式壳管式冷凝器冷却水进出口温差为 3， 则 9 tk406 2 3632 (3)过冷温度 trc比冷凝温度低 3-5，取过冷度为 5，则 trc=40-5=35 (4)吸气温度 tx比蒸发温度高 5 ，即 tx=0+5=5 (5)制冷系统采用间接式，取附加系数为 10%，制冷系统的制冷量为 Q0= Q01.1=12501.11=1375 KW 图图 2 2 制冷循环制冷循环 LgP-hLgP-h 图图 3.33.3制冷系统热力计算制冷系统热力计算 3.3.1各个参数计算 (1）单位质量制冷量：qo=h1-h4=1790-660=1130 kJ/kg (2）单位容积制冷量：qv=kJ/m3 3645 31 . 0 1130 2 1 v q (3）制冷剂质量流量： MR=kg/s3 . 0 1130 350 1 0 v Q (4）制冷剂体积流量：VR= MRv2=0.30.31=0.093 m3/s (5）冷凝器的热负荷：Qk=MR(h2-h3)=0.3(1980-660)=396 kJ/kg (6）压缩机的理论功率：Pth=MR(h2-h1)=0.3(1980-1790)=57 Kw (7）理论制冷系数：47 . 1 8 .237 350 0 th P Q 10 3.3.2选配制冷压缩机 1）计算压缩机制冷量 查得冰山牌 6A W-17 型制冷压缩机的标准制冷量 Q02=384 kW5，在 t0=0，tk=40时，从换算系数 表查得冷量换算系数 ki=1.84，该台制冷机换算后的制冷量为: Q0b2=kiQ02=1.84384=707kW 确定选用冰山牌 6W-17 型制冷压缩机各 2 台，其制冷量为: Q0=Q0b12=7072=1414kW1250kW，满足要求。 2）确定制冷压缩机配用的电动机功率 （1）理论功率 Pth： Pth=MR2wth=kW 9 . 118)1790-1980( 1130 707 （2）指示功率 Pi： ,查制冷技术取得 i=0.756 . 3 4294 . 0 5549 . 1 0 P Pk Pi= kW53.158 75. 0 9 . 118 i th P （3）轴功率 Pe： 从制冷技术取 m=0.85，则 Pe= kW 5 . 186 85 . 0 53.158 m i P 查有关资料得 6W-17 型制冷压缩机配用的电动机功率为 200W，故满足要求。 3.3.3计算节流阀公称直径 G=2 VC pCoA * 式中 A 通道截面积 c 截流阀前液体的密度 pv 截流阀前后的压力差 Co 流量系数 取 0.35；Pv=15.3-3.0=12.3bar=12.310 Pa ；c=579.47kg/m3 5 Gmax=10373.4D vcno PDC 2 4 2 4 103 .1247.57914 . 3 35 . 0 2 5 2 n D n 2 又因为 Gmaxq0Qo 所以 10373.4D11251250 n 2 Dn10.3 mm A= 22 2 3 . 83 3 . 10 4 14 . 3 4 mmDn 选择 Dn 时，一般考虑使 Gmax 在 1.52.0Qo 之间 所以取 Dn 为 14mm 11 所以 G=10373.4 D=10373.4（14）2=2.03kg/s=19.16m3/s n 2 3 10 由下表可确定浮球式膨胀阀的公称直径为 32mm 表表 1 1 浮球式膨胀阀规格浮球式膨胀阀规格 公称直径 Dg（） 1015202532 流量（L/min）03 3.787.56 11.31518.928.4 3.43.4卧室壳管式蒸发器设计卧室壳管式蒸发器设计 采用满液式卧式壳管蒸发器，传热管采用 323.0mm 的无缝钢管，排列采用正三角形错排，冷冻水 流速为 1.5m/s6。 3.4.1计算冷冻水侧放热系数 根据冷冻水平均温度查水的物性参数为： 5 . 7 2 105 2 21 tt t =999.8 kg/m3，=1.42710-6m2/s，=0.568 W/(mk)，Pr=10.56，cp=4.196kJ/（kgk） ， ，属于紊流。 1000033637 10427 . 1 032 . 0 5 . 1 6 v wd R w e 则水侧放热系数为： 442156.1033637 032 . 0 568 . 0 22 . 0 22 . 0 33 . 0 6 . 0 33. 0 6 . 0 re w n pR d )/( 2 kmW 3.4.2计算制冷剂侧的放热系数 根据 t0=0查物性表得： =，=0.551 W/(m2k)，v=1.78910-6m2/s，Pr=13.67 3 0 1066 . 3 0273 11 T 86 26- 33 2 3 101039 . 5 )10(1.789 67.13032 . 0 21066 . 3 81 . 9 rw rr ptdg pG 则制冷剂侧放热系数为： 1 . 49)67.131039 . 5 (53 . 0 )(53 . 0 25 . 0 625 . 0 rru pGN 849 032. 0 1 . 495533 . 0 w u w d N )/( 2 kmW 3.4.3计算传热系数 kW/m512) 4421026 . 0 032 . 0 000123 . 0 00043 . 0 849 1 ( ) 1 ( 21 1 nw K 12 3.4.4计算蒸发器的传热面积 传热温差21 . 7 05 010 ln 510 ln 02 01 21 tt tt tt t 传热面积 2 3 5 .365 21 . 7 4 . 474 101250 m tK Q A m o 3.4.5计算载冷剂循环量 hm ttc Q M p / 2 . 603600 )510(186 . 4 1000 350 3600 )(1000 3 21 0 3.4.6蒸发管计算 冷冻水流速对氨蒸发器一般取 1.0 到 1.5m/s,所以取管内水流速 V=1.5m/s，则每一流程的管子根数 n 为： ，取 n=21997.20 36005 . 1026 . 0 4 2 . 60 4 22 n d M n 蒸发管总长度mL 5 . 3637 032 . 0 5 . 365 d A w 总根数，取6 .559 5 . 6 5 . 3637 . L l N560N 流程数，取流程数5 . 7 75 560N n Z8Z 实配蒸发面积 2 5 . 3555605 . 6032. 014. 3mlNdA w 选用 DWZ-360 型卧式蒸发器，传热面积为 360m2。水泵选用 200QJ 潜水泵，流量为 200m3/h。 3.53.5冷凝器计算冷凝器计算 选用立式壳管式冷凝器，冷却水进水温度为 32，出水温度为 36，冷却水流速为 1.5m/s。传热管 采用 323.0mm 的无缝钢管，排列采用正三角形错排。 3.5.1冷凝器热负荷计算 Qk=MR(h2-h3)=0.3(1980-660)=396KW 3.5.2估算冷凝器传热面积与水量 传热温差=5.78 3640 3240 ln 4 ln 2 1 12 tt tt tt t k k m 查表取 K=800W/（m2K） ，则 13 2 3 k m 8 . 316 78 . 5 800 101465 tK Q A 管子根数 7 . 608 18 . 5 032. 0 8 . 316 Hd A n w 3.5.3h/m 0 . 3153600 3236186. 41000 1465 3600 ttC1000 Q M 3 1w2wp k ）（）（ 水流量 水侧放热系数计算 ； ； 2 . 0 8 . 0 n n d w BtB26.23 6 . 1395 2 21ww tt t 式中tw1冷却水进水温度（） ； tw2冷却水出水温度（） ； B系数； w载冷剂流速，取 1.5m/s； dn管道内直径（m） ； 则 4 .2186 2 3632 26.236 .139526.23 6 . 1395 tB W/m2k 1 . 6275 026. 0 5 . 1 4 . 2186 2 . 0 8 . 0 n 3.5.4制冷剂侧放热系数计算 根据 tk=40查物性表得： =1098.71 kJ/kg，=0.4371 W/(m2k)，=579.5 kg/m3，=1.15210-4 pas 25. 025. 025. 025 . 0 25. 0 )140.12903)40(026 . 0 6 .7146725 . 0