冷水机组课程设计最终版

.HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书（论文）课程名称：制冷空调设备与设设计题目：55KW冷水机设计院 系：能源科学与工程学班 级： 1102104学 号指导教师设计时间： 2014年12月22日哈尔滨工业大学页脚..页脚页脚哈尔滨工业大学课程设计任务书姓姓名：（系：专业：班号：任务起止日期：2014年12月22日至2015年1月6日课程设计题目：55KW冷水机设计已知技术参数和设计要求：1、冷负荷：55kw，2、制冷剂：R22，3、风冷冷凝器：进风干球温度：≥35℃,出风干球温度：≤43℃4、冷凝温度：50℃5、出水温度5℃,进水10℃，6、环境温度35℃。工作量：工作量：1、冷水机热力计算2、压缩机选型计算3、风冷冷凝器设计及计算4、干式壳管式蒸发器设计及计算。5161工作计划安排：工作计划安排：1、20141222--262、20141227--2015123、201513--9同组设计者及分工：12指导教师签字 姚战立 年 月 日教研室主任意见：研室主任签字 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写.目录第1章 系统热力计算 1给定条件 1热力计算所对应的压焓图以及参数列表 1热力计算过程 1第2章 压缩机选型 32.1压缩机概述 3第3章 蒸发器的设计与计算 3蒸发器概述 3设计方案确定 3设计条件确定 3制冷剂与载冷剂流量计算 3结构初步规划 4

..............................................................................................4……………..5计算阻力及传热 6传热系数与热流密度 6计算传热面积 7第4章 冷凝器的设计与计算 8有关温度参数及冷凝热负荷确定 8翅片管簇结构参数选择及计算 8进行传热计算 9风机的选择计算 11参考文献 11页脚.第1章系统热力计算对冷水机组进行热力计算的目的是为了进一步确定设计冷凝器,蒸发器以及压缩机选型所需要的技术参数。给定条件已知技术参数和设计要求：1、冷负荷：55kw，2、制冷剂：R22，3、风冷冷凝器：进风干球温度：≥35℃,出风干球温度：≤43℃4、冷凝温度：50℃5、出水温度5℃,进水10℃，6、环境温度35℃。另外,经过查阅《冷水机组标准与工程规范2-335℃，液体过冷度5℃。热力计算所对应的压焓图以及参数列表系统工作所对应的压焓图如下：查2]

图1-1系统压焓图得各状态点的参数如下表：表3-1 各状态点的参数列表点号P（MPa）t(℃)h(kJ/kg)V(m3/kg)00.54240510.5474100.04821.970.945031.945260页脚40.542260..页脚页脚热力计算过程压力比： pk=1.9 3.52 单位质量制冷量：

p 0.540qhh0 1 4

…………（1-2）单位容积制冷量：q

150理论比功：

q v v1

3125kJ/kg0.048 ………………（1-3）0 2 0 2

whhkg （1-4）COPq01503.75w0 40 冷凝器单位热负荷：qhhk 2 3

…………（1-6）所需工质流量：0q Q0m q0

550.37kg/s150 …………………（1-7）冷凝器单位热负荷：qhhk 2 3

………（1-8）Q所需工质流量：Qq m q0实际输气量：

550.37kg/s150 ……………（1-9）q qvm 1

0.30.040.017763/s 0）压缩机消耗的理论功率：p0冷凝器热负荷：

qwm

……（1-11）Qqqk m k

70.3kW……（1-12）第2章压缩机选型2.1压缩机概述压缩机为制冷系统中的核心设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。目前主要使用的是容积型压缩机。容积式压缩机靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。主要分为两类：活塞式和回转式。输气量为0.01776m3/s=63.9m3/h;选择美国谷轮公司生产的ZR310KC-TWD-52218.39kw71.43m3/h。第3章蒸发器的设计与计算蒸发器概述此蒸发器是制冷系统中制取冷量的输出冷量的设备。设计方案确定采用壳管式干式蒸发器，顺流换热，制冷剂在管侧蒸发，载冷剂在壳侧被冷却，为提高载冷剂的流速以强化传热，壳侧一般装有折流板。设计条件确定制冷剂： R22载冷剂： 水换热量： 0制冷剂：蒸发温度： t

55kW2℃

405KJ/kg进口：

02℃

0

0260KJ/kg4出口： t1载冷剂：进口温度： t出口温度： t

47℃ p110℃水15℃

40.54Mpah1

水2制冷剂与载冷剂流量计算制冷剂：单位质量制冷量：hh1

.h=410-260=150KJ/kg40质量流量：q 0m h

=55=0.37kg/s150载冷剂：比热容c4.187kJ/ kg℃) 密度=1000/3体积流量：qv结构初步规划[2]

c（t0

7.165103m3/s55-t ）10004.187(10-5)55水2传热管选取121mm的铜管，管束按正三角形排列，管距取16mm，隔板槽两侧相邻管中心距Sn

30mm，壳体内径Di

8mm，流程数N=4，总管数Z=276，每流程平均管数Zm

=69，管长L=1960mm，折流64 板数64

=130mm，

=85mm，管板厚度

32mm，折流5 5 板厚度b

11

2mm，下缺口高2

Bmm，上缺口管数n 37根，下缺口管数nb1 蒸发器外侧总面积：

33根，壳体直径附近的管数nc

19根。AdNZ1 0

(L-2B

)=3.10.0146(1.920.032)=19.722实际有效传热面积：AdNZ-N

)=3.10.0146(1.920.0310.005)=18.7421 0 m B bb6计算管外水的表面传热系数2s18ss 1 2折流板平均间距：

N1b

(Dn

)s13.34103m2c i c 0quc

v/Ac折流板上缺口：A K D2b1 b1 i

d1b1 4 01

0.090.3772370.250.01228.6103m2折流板下缺口：A K D2b2 b2 i

d1b2 4 01

0.0820.3772330.250.01227.9103m2页脚1A (A1b 2q

Ab1 b

.)8.25103m2纵向流速：u b

v0.87m/sAb几何平均值：u u

0.69m/s1 bct1

1(t2 水

+t )7.5℃水2v1t

/ud

0.690.012在定性温度

下的雷诺数：Re= 10 58021 1 v1

1.427106所以管外水的表面传热系数：0.56810.22Pr0.330.22 /K)0.56811 d 10

0.012计算管内沸腾表面换热系数假定按内表面计算的热流密度qi

m2（此假定将在后面检验）则管内换热系数：

=57.8aq0.6g0.2i m2 d0.2i式中

——换热管内径；ia——系数，查表4-2-1可得；g——制冷剂质量流速。mm每根管中R22的质量流量：q =qmZm

0.370.00536kg/s69R22

q= m

68.25kg/(m2s)m,r ii d24 i本设计中制冷剂为R22，蒸发温度为2C，故a取值0.02332。q0.6g0.2则管内换热系数：

=57.8a2

i md0.2i页脚..页脚页脚

q0.668.250.2i0.010.2=7.878q

0.6W/ m2℃)i计算阻力及传热m制冷剂饱和蒸气流速：u 4qm

= 40.37 =2.751m2/sm2/s

24.81690.02m i蒸发器的蒸发温度：t0

2℃R224.88107m2/s则制冷剂蒸气的雷诺数：Reudi=2.7510.01=0.564105 4.88107f=

= 0.3164

=0.0205P

u2lr dli=0.02054=1373Pa

1960 1 22.59 2.751 10 2两相流动时制冷剂的沿程阻力P=1

R r

从表4-3-1中取0.592。R1

P=0.5921373=813R r总阻力：=P=813=3.2ka1在t2℃100kPa,5.6℃，因此蒸发器0进口处制冷剂的温度为：t't''5.6P=2+5.63.25=2.2℃0实际对数平均温差：

0 100 100(t't')(t''t'') (102.2)(52) ℃t 1 0 1

= =5.0m (t'

t') ln(102.2)ln 1

(52)(t''t'')1 0传热系数与热流密度换热器总的传热系数1K= 11(2

)dod2 di

1(do dm

)(1 ) d11式中： ——铜管的壁厚，m，取值0.001；md——铜管的均直径， ，取值0.011；mm——铜管的导热系数，W/ m℃，取值0； ——（m2℃）/W，取值4.5105d ——（m2℃）/W，取值9105d1K=11 (7.878q0.6i

1 9 105) ( ) ( 4.5 105)10 380 11 41070.152q0.6i

13.99104

W/ m2℃)按内侧表面计算的热流密度qdo(Kt

12 1) 10) 100.152i d i i

3.99104q0.6ii计算得qm24000Wm2按外表面计算得热流密度iq o d

q1042593549Wm2Wm2oK= 11 0.152

=709.8

W/

2℃)42590.6

3.99104计算传热面积根据qo

得所需面积的计算值A

55103 15.497m21cal

q 3549o在上述计算中没有考虑蒸发器出口处R22蒸气的过热度对传热系数的影530%，所以实际需要的传热面积

A

A

130%20.146m2与初步规划中所定的有效传热面积18.74m2相比，只差7.5%,故初步规划是合理的。第4章冷凝器的设计及计算有关温度参数及冷凝热负荷确定[3]有关温度的数值取：冷凝温度tk℃，进口空气干球温度t1t2=43℃，进出口空气温差t1t2=8℃对数平均温差：ta2t

a1=10.5℃m tlnk ttk k查的R22在tk

=50℃，

=2℃是的冷凝负荷系数Co

=1.27翅片管簇结构参数选择及计算选择10mm×0.5mm的紫铜管为传热管,选用的翅片厚度f

=0.15mm的波纹形整张铝制套片。取翅片节距sf排列采用正三角形叉排。

=2mm，迎风面上管中心距s1

=25mm，管簇每米管长各有关的传热面积分别为a 2(s sf 1 2

d)/s4 b

=0.4579㎡/ma d (s )/s =0.0299/mb b f f fa a aof f b

=0.4878㎡/m取当地大气压pB

ad =0.0283/mi i=98.07KPa，查空气热物理性质表[4]，在空气平均温度下tm℃条件下，Cpa101·，va5×106㎡，空气密度取a1.1095kg/m3冷凝器所需的空气体积流量Q

m³/sq k 7.7686v Ca pa

t ta2 a1选取迎面风速W=2.5m/s,则迎风面积yqA vy w

3.11m2y取冷凝器迎风面宽度即有效单管长l=2.5m，则冷凝器的迎风面高度AH y

1.244ms1迎风面上管排数NH150排s 21进行传热计算确定所需的传热面积Aof

，翅片管总长L及空气流通方向上的管排数n采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管蔟的空气侧传热系数由参考文献[1]式（3-10)乘以1.1再乘以1.2计算。预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n=4，则翅片宽度：b4s1

cos30b=0.0866m11b

d

fδ)=0.0033mfbf(sd)(sδ)bf最窄截面风速

1 b fssw 1f(

=4.6m/smax因为

sd1 b

)(sf

δ)fde=26.24w dRef

maxva

e=867.4]表8和5，则空气侧表面系数λ =cΨ of de

Ren(bf de

)m1.11.262.06W/（㎡·K）查参考文献[1]表3-11，R22在tk=50℃的物性集合系数B=1325.4，氟利昂在管内凝结的表面传热系数由参考文献[1]式（3-17）计算 0.555Bd0.25(t t )0.25ki i k 翅片相当高度由参考文献[1]式3-15计算h'

d0(s

s 1)10.35lnc 10.01m12 d d10 n取铝片热导率λ=203W/(m·K)由参考文献[1]式3-14计算翅片参数m即：off由参考文献[1]式3-13计算翅片效率

63.85m-1th(mh')nf mh'

0.88表面效率由参考文献[1]式3-12计算baffab

0.8870 a af b忽略个有关污垢热阻及接触热阻的影响，则twi值代入参考文献[1]3-20即

t two

,将计算所得的有关各t

t 经整理得

ki i k

of 0of w m49tw

0.750.372tw

39解上