冷水機(jī)組課程設(shè)計(jì)最終版.doc

Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）課程名稱(chēng)：制冷空調(diào)設(shè)備與設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：55KW冷水機(jī)設(shè)計(jì) 院 系：能源科學(xué)與工程學(xué)院 班 級(jí)： 1102104 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年12月22日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 姓 名： 院 （系）： 專(zhuān) 業(yè)： 班 號(hào)： 任務(wù)起止日期： 2014年12 月 22日至 2015年 1月6日 課程設(shè)計(jì)題目： 55KW冷水機(jī)設(shè)計(jì) 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：1、 冷負(fù)荷：55kw，2、 制冷劑：R22，3、 風(fēng)冷冷凝器：進(jìn)風(fēng)干球溫度：35,出風(fēng)干球溫度：434、 冷凝溫度：505、 出水溫度5,進(jìn)水10，6、 環(huán)境溫度35。工作量：1、冷水機(jī)熱力計(jì)算2、壓縮機(jī)選型計(jì)算3、風(fēng)冷冷凝器設(shè)計(jì)及計(jì)算4、干式殼管式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)及計(jì)算。5、蒸發(fā)器簡(jiǎn)圖1張6、冷凝器簡(jiǎn)圖1張 工作計(jì)劃安排：1、2014年12月22日-26日完成熱力計(jì)算和壓縮機(jī)選型計(jì)算。2、2014年12月27日-2015年1月2日完成冷凝器器、蒸發(fā)器設(shè)計(jì)及計(jì)算。3、2015年1月3日-9日完成冷凝器簡(jiǎn)圖和蒸發(fā)器簡(jiǎn)圖。 同組設(shè)計(jì)者及分工：1、 第一組負(fù)責(zé)壓縮機(jī)選型和冷凝器設(shè)計(jì)及計(jì)算、冷凝器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。2、 第二組負(fù)責(zé)熱力計(jì)算和蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算和蒸發(fā)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 指導(dǎo)教師簽字_姚戰(zhàn)立_ 年 月 日 教研室主任意見(jiàn)： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書(shū)由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄第1章 系統(tǒng)熱力計(jì)算.11.1 給定條件.11.2 熱力計(jì)算所對(duì)應(yīng)的壓焓圖以及參數(shù)列表.11.3 熱力計(jì)算過(guò)程.1第2章 壓縮機(jī)選型.3 2.1 壓縮機(jī)概述.3第3章 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算.3 3.1 蒸發(fā)器概述.3 3.2 設(shè)計(jì)方案確定.3 3.3 設(shè)計(jì)條件確定.3 3.4 制冷劑與載冷劑流量計(jì)算.33.5 結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃.4 3.6 計(jì)算管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1.4 3.7 計(jì)算管內(nèi)沸騰表面換熱系數(shù)2.5 3.8 計(jì)算阻力及傳熱.63.9 傳熱系數(shù)與熱流密度.6 3.10 計(jì)算傳熱面積.7第4章 冷凝器的設(shè)計(jì)與計(jì)算.84.1 有關(guān)溫度參數(shù)及冷凝熱負(fù)荷確定.84.2 翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及計(jì)算.84.3 進(jìn)行傳熱計(jì)算.94.4 風(fēng)機(jī)的選擇計(jì)算.11參考文獻(xiàn) .11第1章 系統(tǒng)熱力計(jì)算對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行熱力計(jì)算的目的是為了進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)冷凝器,蒸發(fā)器以及壓縮機(jī)選型所需要的技術(shù)參數(shù)。1.1給定條件已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：1、冷負(fù)荷：55kw，2、制冷劑：R22，3、風(fēng)冷冷凝器：進(jìn)風(fēng)干球溫度：35,出風(fēng)干球溫度：434、冷凝溫度：505、出水溫度5,進(jìn)水10，6、環(huán)境溫度35。另外,經(jīng)過(guò)查閱冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)與工程規(guī)范，確定了其他幾個(gè)重要的參數(shù)，蒸發(fā)器傳熱溫差一般為2-3，本設(shè)計(jì)取3，液體過(guò)熱度為5，液體過(guò)冷度為5。1.2 熱力計(jì)算所對(duì)應(yīng)的壓焓圖以及參數(shù)列表系統(tǒng)工作所對(duì)應(yīng)的壓焓圖如下：圖1-1 系統(tǒng)壓焓圖查R22熱力性質(zhì)表1，得各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如下表：表3-1 各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)列表點(diǎn)號(hào)P（MPa）t()h(kJ/kg)V(m/kg)00.54240510.5474100.04821.970.945031.94526040.5422601.3熱力計(jì)算過(guò)程1) 壓力比： =（1-1）2) 單位質(zhì)量制冷量： （1-2）3) 單位容積制冷量： （1-3）4) 理論比功： （1-4）5) 制冷系數(shù)： （1-5）6) 冷凝器單位熱負(fù)荷： （1-6）7) 所需工質(zhì)流量： （1-7）8) 冷凝器單位熱負(fù)荷： （1-8）9) 所需工質(zhì)流量： （1-9）10) 實(shí)際輸氣量： （1-10）11) 壓縮機(jī)消耗的理論功率： （1-11）12) 冷凝器熱負(fù)荷： （1-12）第2章 壓縮機(jī)選型2.1壓縮機(jī)概述壓縮機(jī)為制冷系統(tǒng)中的核心設(shè)備，只有通過(guò)它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，把低溫低壓氣態(tài)制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，才能保證制冷的循環(huán)進(jìn)行。根據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機(jī)可分為容積型和速度型兩種基本類(lèi)型。目前主要使用的是容積型壓縮機(jī)。容積式壓縮機(jī)靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。主要分為兩類(lèi)：活塞式和回轉(zhuǎn)式。綜合比較各廠家產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)選擇的是渦旋式壓縮機(jī)。根據(jù)循環(huán)參數(shù)，實(shí)際輸氣量為0.01776 m3/s=63.9 m3/h;選擇美國(guó)谷輪公司生產(chǎn)的ZR310KC-TWD-522型號(hào)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)額定功率為18.39kw，排氣量71.43 m3/h。第3章 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 蒸發(fā)器概述對(duì)于制冷系統(tǒng)，蒸發(fā)器是一種吸熱設(shè)備。蒸發(fā)器的作用是利用液態(tài)制冷劑在低壓下蒸發(fā)（沸騰），轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，達(dá)到制冷目的。因此蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中制取冷量的輸出冷量的設(shè)備。3.2 設(shè)計(jì)方案確定采用殼管式干式蒸發(fā)器，順流換熱，制冷劑在管側(cè)蒸發(fā)，載冷劑在殼側(cè)被冷卻，為提高載冷劑的流速以強(qiáng)化傳熱，殼側(cè)一般裝有折流板。3.3 設(shè)計(jì)條件確定制冷劑： R22載冷劑： 水換熱量： 制冷劑：蒸發(fā)溫度： Mpa KJ/kg 進(jìn)口： Mpa KJ/kg 出口： Mpa KJ/kg 載冷劑：進(jìn)口溫度： 出口溫度： 3.4 制冷劑與載冷劑流量計(jì)算制冷劑：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制冷量：=410-260=150 KJ/kg 質(zhì)量流量： =0.37 kg/s載冷劑：比熱容 密度kg/體積流量：3.5 結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃2傳熱管選取121mm的銅管，管束按正三角形排列，管距取16mm，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，殼體內(nèi)徑，殼體壁厚，流程數(shù)N=4，總管數(shù)Z=276，每流程平均管數(shù)=69，管長(zhǎng)L=1960mm，折流板數(shù)=19，折流板間距=130mm，=85mm，管板厚度mm，折流板厚度mm，上缺口高mm，下缺口高mm，上缺口管數(shù)根，下缺口管數(shù)根，殼體直徑附近的管數(shù)根。蒸發(fā)器外側(cè)總面積：實(shí)際有效傳熱面積：3. 6 計(jì)算管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1折流板平均間距：橫向流通面積：橫向流速：折流板上缺口：折流板下缺口：縱向流速：幾何平均值：冷水平均溫度：對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)粘度：在定性溫度下的雷諾數(shù)：所以管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 3.7 計(jì)算管內(nèi)沸騰表面換熱系數(shù)2假定按內(nèi)表面計(jì)算的熱流密度（此假定將在后面檢驗(yàn)）則管內(nèi)換熱系數(shù)：式中 換熱管內(nèi)徑；a 系數(shù)，查表4-2-1可得；制冷劑質(zhì)量流速。每根管中R22的質(zhì)量流量：每根管中R22的質(zhì)量流速：本設(shè)計(jì)中制冷劑為R22，蒸發(fā)溫度為2，故a取值0.02332。則管內(nèi)換熱系數(shù)：3.8 計(jì)算阻力及傳熱制冷劑飽和蒸氣流速：蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度：，據(jù)此從查表得R22的則制冷劑蒸氣的雷諾數(shù)：沿程阻力系數(shù)：飽和蒸氣的沿程阻力：兩相流動(dòng)時(shí)制冷劑的沿程阻力，式中從表4-3-1中取0.592。故兩相流動(dòng)時(shí)制冷劑的沿程阻力：總阻力：在附近，壓力每變化100kPa,飽和溫度約變化5.6，因此蒸發(fā)器進(jìn)口處制冷劑的溫度為：實(shí)際對(duì)數(shù)平均溫差：3.9 傳熱系數(shù)與熱流密度 換熱器總的傳熱系數(shù)式中： 銅管的壁厚，取值0.001；銅管的均直徑，取值0.011；銅管的導(dǎo)熱系數(shù)，取值380；管內(nèi)側(cè)污垢系數(shù)，取值；管外側(cè)污垢系數(shù)，取值。 按內(nèi)側(cè)表面計(jì)算的熱流密度計(jì)算得，故假定值合理。按外表面計(jì)算得熱流密度=709.83.10 計(jì)算傳熱面積根據(jù)得所需面積的計(jì)算值 在上述計(jì)算中沒(méi)有考慮蒸發(fā)器出口處R22蒸氣的過(guò)熱度對(duì)傳熱系數(shù)的影響。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)過(guò)熱度提高到5時(shí)，傳熱系數(shù)下降30%，所以實(shí)際需要的傳熱面積與初步規(guī)劃中所定的有效傳熱面積18.74相比，只差7.5%,故初步規(guī)劃是合理的。第4章 冷凝器的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 有關(guān)溫度參數(shù)及冷凝熱負(fù)荷確定3有關(guān)溫度的數(shù)值?。豪淠郎囟?50，進(jìn)口空氣干球溫度=35，出口空氣干球溫度=43，進(jìn)出口空氣溫差-=8對(duì)數(shù)平均溫差： =10.5查的R22在=50，=2是的冷凝負(fù)荷系數(shù)=1.274.2 翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及計(jì)算選擇10mm0.5mm的紫銅管為傳熱管,選用的翅片厚度=0.15mm的波紋形整張鋁制套片。取翅片節(jié)距=2mm，迎風(fēng)面上管中心距=25mm，管簇排列采用正三角形叉排。每米管長(zhǎng)各有關(guān)的傳熱面積分別為=0.4579/m=0.0299/m =0.4878/m =0.0283/m取當(dāng)?shù)卮髿鈮?98.07KPa，查空氣熱物理性質(zhì)表4，在空氣平均溫度下 =39條件下，/（kgK），=17.5/s，空氣密度取 kg/m3冷凝器所需的空氣體積流量 m/s選取迎面風(fēng)速=2.5m/s,則迎風(fēng)面積m2取冷凝器迎風(fēng)面寬度即有效單管長(zhǎng)=2.5m，則冷凝器的迎風(fēng)面高度m迎風(fēng)面上管排數(shù)排4.3進(jìn)行傳熱計(jì)算確定所需的傳熱面積，翅片管總長(zhǎng)L及空氣流通方向上的管排數(shù)n采用整張波紋翅片及密翅距的叉排管蔟的空氣側(cè)傳熱系數(shù)由參考文獻(xiàn)1式（3-10)乘以1.1再乘以1.2計(jì)算。預(yù)計(jì)冷凝器在空氣流通方向上的管排數(shù)n=4，則翅片寬度：b=0.0866m微元最窄界面的當(dāng)量直徑：=0.0033m最窄截面風(fēng)速=4.6m/s因?yàn)?26.24=867.4查參考文獻(xiàn)1表3-18和3-19，求得=0.15，n=0.623，c=1.152，m=-0.211，則空氣側(cè)表面系數(shù)W/（K）查參考文獻(xiàn)1表3-11，R22在=50的物性集合系數(shù)B=1325.4，氟利昂在管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由參考文獻(xiàn)1式（3-17）計(jì)算翅片相當(dāng)高度由參考文獻(xiàn)1式3-15計(jì)算m取鋁片熱導(dǎo)率=203W/(mK) 由參考文獻(xiàn)1式3-14計(jì)算翅片參數(shù)m即：m-1由參考文獻(xiàn)1式3-13計(jì)算翅片效率 表面效率由參考文獻(xiàn)1式3-12計(jì)算 忽略個(gè)有關(guān)污垢熱阻及接觸熱阻的影響，則,將計(jì)算所得的有關(guān)各值代入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)13-20即經(jīng)整理得解上式得tw=46.05，則R22在管內(nèi)的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m2K）取管壁與翅片見(jiàn)接觸熱阻=0.004m2K/W、空氣側(cè)塵埃垢層熱阻=0.0001m2。紫銅管熱導(dǎo)率=393W/（mK），由參考文獻(xiàn)1式3-21計(jì)算冷凝器的總傳熱系數(shù)W/(K)冷凝器的所需傳熱面積 m2所需有效翅片管總長(zhǎng) m2空氣流通方向的管排數(shù) 排取整數(shù)n=4排，與計(jì)算空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是預(yù)計(jì)的空氣流通方向上的管排數(shù)相符。這樣，冷凝器的實(shí)際有效總管長(zhǎng)500m，實(shí)際傳熱面積為243.9m2，較傳熱計(jì)算傳熱面積大13能滿(mǎn)足冷負(fù)荷的傳熱要求。此外，冷凝器的實(shí)際迎風(fēng)風(fēng)速與所取迎風(fēng)風(fēng)速一致。4.4風(fēng)機(jī)的選擇計(jì)算由于冷凝器的迎風(fēng)面寬度l=2.5m、高度H=1.244m動(dòng)壓 =3.5Pa靜壓 Pa風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，則傳動(dòng)效率；取風(fēng)機(jī)全壓效率，則電動(dòng)機(jī)輸入功率：W采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)平行安裝，每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為13983 m3/h、輸入功率為316W、風(fēng)壓為48.8Pa?，F(xiàn)選用T35