空气冷却式冷凝器课程设计

课程设计某地空气冷却式冷凝器2设计目标设计步骤任务要求考核方式目录31.设计目标设计一套给定地区的空气冷却式冷凝器工况要求：冷凝负荷Qk冷凝温度tk空气温升制冷剂种类制冷剂流量空气冷却式冷凝器（翅片管换热器）42.设计步骤2.1确定空气参数2.2确定换热管参数2.3确定换热系数

2.4结构设计空气参数选取迎风面积计算换热管选取和计算空气侧传热系数计算换热管效率计算制冷剂侧换热系数计算换热系数及换热面积

计算空气侧阻力计算结构设计52.1确定空气参数

空气参数—明确空气进口温度，出口温度，进而确定空气物性的温度，通过查表获得空气的物性参数。1、保证每年不超过五天的最高气温，即其出现时间约占全年时间的1.3%:2、按当地最热月的日最高气温的月平均值加3-4℃;3、7、8月的日最高气温的月平均值，并乘以1.10;4、不超过一年的最热三个月中或最热月期间日平均气温5%时间的温度5、假定一设计气温，一年中仅有2%-5%时的温度超过该值;可根据上述情况取上述方法之一，考虑到工艺和经济上的合理性及我国大多数地区的气候条件，空气进口温度采用方法1较多。气象参数6空气参数根据网站（/beichen/history.html）查询出所在地的（如天津市北辰区）的2022年的全面气温；根据上述明确的方法，选取空气的进口温度ta1；根据空气温升情况，计算空气的出口温度ta2；确定空气物性的温度为tam=(ta1+ta2)/2；查询tam温度下空气的物性参数空气的比热容Cpa空气运动粘度νa

空气导热系数λa空气的密度ρa72.2确定换热管参数迎面风速过低会引起冷却器尺寸和出投资的增加，过高会增加空气阻力，并且可能由空气把冷凝水代入送风系统而影响送风参数。比较合适的wf值是2.5～3.5m/s,一般取3m/s左右。迎风面积计算空气的质量流量：Ga=Qk/Cpa(ta2-ta1)假定迎面风速：wf=？m/s迎风面积:Ay=Ga/(ρa·wf)GB/T151－2014《热交换器》中推荐的换热管长度采用系列为：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5

m等。因此，换热管长选取L1=?m，管箱宽为L2=Ay/L1。（长宽接近）82.2确定换热管参数在冷凝器中，至关重要的是换热管排列方式的选取。通常的排列形式主要有叉排和顺排2种方式。换热管排列方式的选取由于空气通过叉排管簇时的扰动程度大于顺排管簇，空气通过叉排管簇时的表面传热系数较顺排管簇高10%以上，因而，空冷式冷凝器的管簇排列以叉排为好，为了使弯头的规格统一，管簇都按等边三角形排列。因此，换热管按等边三角形排列。等边三角形叉排正方形顺排92.2确定换热管参数换热管的选取和计算常用翅片换热管参数有以下规格（单位：mm），换热管：铜管，参照GB/T19447-2013《热交换器用铜及铜合金无缝翅片管》。翅片：铝箔或铜泊，参照GB/T3880-2006一般工业用铝及铝合金板》。直径管距排距翅片规格翅片间距翅片厚度铜管厚度7.019.116平片，亲水膜1.5-3.00.1-0.250.28、0.3、0.32、0.35、0.38、0.4、0.42、0.45、0.5、9.522521.65平片，亲水膜9.5225.422平片，亲水膜12.731.7527.5平片，亲水膜15.883832.91平片，亲水膜小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社10从上述换热管规格进行初步选取，得到翅片管光管几何外径(d0)；翅片管水平间距(管距)(S1)；翅片管竖直方向间距(排距)(S2)；翅片管厚度(δt)；翅片厚度(δf)；翅片间距(Sf)；换热管材料铜，导热系数(λt)；选取翅片材料铜\铝，导热系数(λf)

。小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社112.2确定换热管参数换热管的选取和计算翅片管数(根)：Nb=L2/S1（取整）;一般管排数目在2、4、6排选择，选取管排数Nc=？

(排);翅片数目(片)：Na=L1/Sf沿气流方向的翅片长(m)：L=S2Nc翅片管外径(m)：db=d0+2δf翅片管内径(m)：di=d0-2δt小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社122.2确定换热管参数换热管的选取和计算

小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社132.2确定换热管参数换热管的选取和计算

小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社142.3确定换热系数空气侧换热系数计算

小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社152.3确定换热系数空气侧换热系数计算系数A=0.518-0.02315(L/deq)+0.000425(L/deq)2-3*10-6(L/deq)3系数C=A(1.36-0.24Ref/1000)系数n=0.45+0.0066(L/deq)系数m=-0.28+0.08Ref/1000

对于叉排排列的修正系数为1.1，则空气侧换热系数为(W/m2·K):α0=1.1α'0制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社162.3确定换热系数换热管效率计算

制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社172.3确定换热系数换热管效率计算

制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社182.3确定换热系数制冷剂侧换热系数计算

制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社其中B为氟利昂制冷剂的物性集合系数

192.3确定换热系数制冷剂侧换热系数计算不同制冷剂的物性参数可以通过REFPROP软件进行查询密度导热系数动力粘度潜热=蒸汽焓-液体焓在上式计算蒸气的冷凝换热系数时必须注意，物性集合系数B是以液膜平均温度为定性温度。为此，在计算时必须先假设壁温，再进行校核。202.3确定换热系数制冷剂侧换热系数计算取壁面温度为：取tw=？℃制冷剂定性温度：tbm=(tw+tk)/2即，

B=？如忽略铜管热阻和接触热阻，由管内外热平衡关系：αiπdi(tk-tw)=ηsα0ft(tw-ta1)解方程可得，tw=？℃，如与假设值接近，可不必重算，如差距较大，需要重新计算。（建议差距在0.5℃以内）最终得到制冷剂侧换热系数αi制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社212.3确定换热系数在氟利昂冷凝器中，由于氟利昂与润滑油能相互溶解，可不考虑氟利昂侧的污垢系数。而空气中的尘埃会逐渐粘附在翅片及翅间管面上形成尘埃垢层，特别是在传热面被水润湿时尘埃会形成较大的热阻。空气侧污垢热阻取值如下图所示传热系数及传热面积计算小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社222.3确定换热系数

传热系数及传热面积计算制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社232.3确定换热系数

传热系数及传热面积计算小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社24空气侧阻力计算实际迎风面积(m2)：As=L1NBS1实际迎面风速(m/s)：ws=Ga/(ρa·As)是否与原假设风速相符（误差在0.1m/s）如若符合，向下进行计算如不符合，则需要重新计算最窄界面风速wmax，再向下进行计算小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社制冷原理与设备,张祉祜著,北京：机械工业出版社2.3确定换热系数25空气侧阻力计算空气侧阻力(Pa)：△P1’=9.81A(L/deq)(ρawmax)1.7其中，A—考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A＝0.0113，对亲水膜取A＝0.007；气体流过叉排管簇的阻力比顺排管簇约增加20%，修正空气侧阻力(Pa)：△P1=1.2△P1’小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社2.3确定换热系数262.4结构设计换热管连接方式小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社管外径(mm)“A”最小(mm)“A”最大(mm)7.014189.5217.53012.7213015.8827.931为减少弯头数量及减少弯头与传热管之间的焊接工作量，传热管(铜管)宜采用长U形管，这样，只在管组的一端用弯头将传热管有序连接。弯头与传热管之间的连接方式见下图。如管外径为15.88mm,长U形管A的值最小为27.9mm，最大值为31mm。272.4结构设计端板和封板连接方式小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社空冷式冷凝器的翅片管组依靠左右端板固定支撑，由于端板及封板材料均较薄，一般不宜采用焊接方式连接，端板与上下封板采用螺栓固定连接。封板与端板间的固定连接方式见右图。根据设计情况选择其中一种。282.4结构设计传热管与管板固定方式小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社机械胀管法由于加工简单、质量稳定、效率较高等优点而得到了广泛的应用。因此，铜管与管板的固定采用胀接方式。292.4结构设计管板和端板材料小型制冷装置设计指导,吴业正主编,北京：机械工业出版社管板、端板材料普遍选取铝或者不锈钢。这里选取采用铝，厚度1.0–2.0mm，牌号参照GB/T3880-2006《一般工业用铝及铝合金板》。302.4结构设计集管设计换热管集管材料可以是镀锌钢管，也可以是铜管或是不锈钢管，一般液态0.5-2.0m/s，对于集管的直径，取集管处流速u=2m/s，则集管直径：

这里选用铜管，常用规格如表所示。铜管的质量应符合相关标准，如GB/T17791-2017《空调与制冷设备用无缝铜管》。铜管的质量包括壁厚、外径偏差、耐压性能等指标，具体应符合相应的标准要求。313.任务要求题目要求：为给定地区设计一套空气冷却式冷凝器设计原始数据：地区：本人生源地冷凝负荷Qk冷凝温度tk空气温升制冷剂种类制冷剂流量323.任务要求提交清单：设计说明书*1（手写），设计图纸*1（手绘），设计任务书*1（已给，请补充填写相关内容打印即可）1) 环境风温度的选取和计算；2) 迎风面积的选取；3) 换热管排列形式的选取；4) 换热管的选取和计算；5) 空气侧换热系数计算；6) 换热管效率计算；1、设计说明书（手写）7) 制冷剂侧换热系数计算；传热系数及传热面积

计算；9) 空气侧阻力计算；10)结构设计；11)参考文献。3334名称数值名称数值空气进口温度ta1翅片数目空气出口温度ta2翅片长

换热管长L1单位长度翅片管总面积

管箱宽L2空气侧的换热系数翅片管几何外径d0翅片效率