冷凝器设计(百叶窗)

1、课程设计书设计题目： 冷凝器设计 学生姓名： 孙 学 号： 专业班级： 热动 完成日期：2015年10月18日指导教师： 能源与动力工程学院2015年10月设 计 计 算 及 说 明主要结果一、设计题目设计条件：冷凝温度tk=50，过冷度5，室外侧进风温度ta1=35，室内侧进风干球温度27，湿球温度为19.5，蒸发温度7，过热度5，压缩机指示效率 i=0.75。系统制冷量：Q0=4500W制冷剂类型：R290换热器类型：冷凝器二、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、冷凝负荷计算根据设计题目条件，用REFUTILR制作的该工况下R290的

2、压-焓循环图，如图1-1所示。由R290压-焓循环图可得各点对应的状态参数，各点状态参数如下表1-1所示。由设计条件及所查图表可对制冷循环进行热力计算。循环的各个热力状态计算如下：主要结果图1-1 R290压-焓循环图表1-1 图中各点对应的状态参数状态点参数单位数值注释0p0t0h0kPakJ/kg580.47580.801p1t1v1h1kPam/kgkJ/kg580.4120.08114590.088t1=t0+5=7+5=122sp2t2sh2skPakJ/kg1711.458.909641.729由表查得3p3t3h3kPakJ/kg1711.450333.944p4t4h4kPak

3、J/kg1711.445319.273t4=t3-5=50-5=45设 计 计 算 及 说 明主要结果1）单位制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论功w0的计算：q0=h1-h3=590.088-333.94=256.148 kJ/kgqv=q0v1=256.1480.08114=3156.865 kJ/mw0=h2s-h1=641.729-590.088=51.641 kJ/kg2）制冷剂质量流量qm的计算：qm=Q0q0=4.5256.148=0.01757 kg/s3）压缩机理论功率P0及压缩机指示功率Pi的计算：P0= qm*w0=0.01757*51.641=0.907 kWPi=

4、P0i=0.9070.75=1.209 kW4）状态点2的焓值：H2=h1+h2s-h1i=590.088+641.729-590.0880.75=658.943 kJ/kg5）冷凝器热负荷Qk的计算：Qk=qm*( h2-h3)= 0.01757*(658.943-333.94)=5.7103kW四、冷凝器设计计算1冷凝器的初步规划及有关参数选择传热管选用7mm0.22mm的纯铜管。肋片选用百叶窗翅片（铝片），片厚f=0.10510-3m。管排方式采用叉排，正三角形排列，管间距s1=0.021m， 冷凝负荷： Qk=5.71kW主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果排间距s2=0.018

5、187m，肋片节距sf=0.0026m，沿气流方向的管排数N=2，片宽L=0.036373m，百叶窗投影长度Lp=0.002m，百叶窗高度Lh=0.001m。管外肋片面积ff为：ff=2*(s1*s2-*db24)sf=0.26237617/mdb=d0+2*f= 0.00721 /m肋间管外单位表面积fb为：fb=*db*(1-fsf)= 0.021736117/m管外总单位表面积ft为：ft= fb+ ff=0.284112287/m管内单位表面积fi为：fi=*di= 0.02060883/m肋化系数为：=ftfi= 13.785949122空气侧传热系数计算1）空气进出冷凝器温差及风量

6、假设出风温度： ta2=42温差： ta=ta2-ta1=7平均温度： tam=ta2+ta12=38.5肋化系数:= 13.786主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果风量： qva=Qkmcpata= 0.715783642m/s (平均温度下空气物性参数为:密度:m=1.134 kg/；比定压热容: cpa=1.005 kJ/(kgK）；运动粘度： m=16.816*10-6/s；普朗特数：Prf=0.6993，热导率:m= 0.027465W/(mK）。)2）肋片效率及空气侧换热系数根据肋片参数，冷凝器的空气最窄流通面积与迎风面积之比为：=sf-f*(s1-db)s1*sf=0.6

7、30147436取迎面风速wf=1.6 m/s，则最小流通面风速：wmax=wf=2.539088329m/s当量直径：deq=2*s1-db*(sf-f)s1-db+sf-f=0.00422549 m单元空气流道长径比：Ldeq=8.608012187空气雷诺数：Ref=wmax*deqm=1088.655261000根据流体流过百叶窗翅片管簇时的换热公式，有：雷诺数: Ref=1088.7主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果j5=-0.6027+0.02593*(S2deq)0.52*N-0.52lnLhLp= -0.62100548j6=-0.4776+0.4077*(N0.7ln

8、Ref-4.4)= -0.222147774j7=-0.58655*(sfdeq)2.3(S2S1)-1.6N-0.65= -0.153995496j=1.1373*Refj5sfS2j6LhLpj7(S2S1)N0.3545= 0.028068405平直翅片管外表面传热系数为：0，=jfwmaxcpf(Prf)2/3= 103.0937418W/(K)对于叉排管有：，=1.27*s1db*1-0.3= 3.094829807肋片的当量高度：h，= db2*(,-1)*(1+0.35*ln,)= 0.010537917m肋片的特性参数：m=2*0f*f= 98.35319686m-1（其中导热

9、系数：f=203W/(mK)）肋片效率：f=tanh(m*h,)m*h,= 0.749179051冷凝器外表面效率：当量表面传热系数:j= 79.214 W/(K)主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果s=ff*f+fbft= 0.768368202当量表面传热系数：j=s*0= 79.21395303 W/(K)3管内R290冷凝时表面传热系数计算首先假设管壁温度tw，则平均温度： tm=tw+tk2根据R290管内冷凝换热有关计算公式：i=0.683*rs1/4*B m*di-1/4*(tk-tw)-1/4（其中: rs1/4,Bm的取值由插值法取得）再由热平衡可得管壁温度平衡方程：i

10、*ditk-tw=j*ft*tw-tam将以上公式用MATLAB编程计算（具体过程见图1-2及图1-3）得tw= 47.01时，等式成立，证明合适。图1-2 运行结果截图管壁温度tw=47.01主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果图1-3 程序代码截图得内表面传热系数：i= 2263.494109 W/(K)4计算所需传热面积考虑到传热管为纯铜管，取传热管导热热阻、接触热阻和污垢热阻之和：r0=0.0048K/W以管外面积为基准的传热系数为：K0f=1i+r0+1j= 42.5267712 W/(K)平均温差为：tm=ta2-ta1lntk-ta1tk-ta2= 11.13570406管

11、外面积：A0f=QkK0f*tm= 12.05809869所需的肋片总长度：内表面传热系数：i= 2263.5 W/(K)设计迎风风速： w=1.6m/s实际迎风风速：w=1.56m/s主要结果设 计 计 算 及 说 明主要结果L=A0fft= 42.4413136m冷凝器每列管数29根，总管数为58根，单管有效长度0.74m，总的有效管长为42.92m，裕度为1.13%。冷凝器高度0.6195m，实际迎风面积A= 0.45843，实际迎风风速w=VaA= 1.561380454m/s，与风速初取值1.6m/s接近，设计合理。5风侧阻力计算叉排时：pw=1.2*9.81*A*(Ldeq)*( m*wmax)1.7= 6.912355Pa（其中A考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A0.0113，对亲水膜取A0.00