冷凝器設(shè)計(百葉窗)

1、課程設(shè)計書設(shè)計題目： 冷凝器設(shè)計 學(xué)生姓名： 孫 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 熱動 完成日期：2015年10月18日指導(dǎo)教師： 能源與動力工程學(xué)院2015年10月設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果一、設(shè)計題目設(shè)計條件：冷凝溫度tk=50，過冷度5，室外側(cè)進風(fēng)溫度ta1=35，室內(nèi)側(cè)進風(fēng)干球溫度27，濕球溫度為19.5，蒸發(fā)溫度7，過熱度5，壓縮機指示效率 i=0.75。系統(tǒng)制冷量：Q0=4500W制冷劑類型：R290換熱器類型：冷凝器二、設(shè)計目標(biāo)由于系統(tǒng)制冷量比較小，因此所設(shè)計系統(tǒng)的冷凝器形式選為：空氣強制流動的空冷冷凝器。三、冷凝負(fù)荷計算根據(jù)設(shè)計題目條件，用REFUTILR制作的該工況下R290的

2、壓-焓循環(huán)圖，如圖1-1所示。由R290壓-焓循環(huán)圖可得各點對應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)，各點狀態(tài)參數(shù)如下表1-1所示。由設(shè)計條件及所查圖表可對制冷循環(huán)進行熱力計算。循環(huán)的各個熱力狀態(tài)計算如下：主要結(jié)果圖1-1 R290壓-焓循環(huán)圖表1-1 圖中各點對應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)點參數(shù)單位數(shù)值注釋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設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果1）單位制冷量q0、單位容積制冷量qv及單位理論功w0的計算：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）制冷劑質(zhì)量流量qm的計算：qm=Q0q0=4.5256.148=0.01757 kg/s3）壓縮機理論功率P0及壓縮機指示功率Pi的計算：P0= qm*w0=0.01757*51.641=0.907 kWPi=

4、P0i=0.9070.75=1.209 kW4）狀態(tài)點2的焓值：H2=h1+h2s-h1i=590.088+641.729-590.0880.75=658.943 kJ/kg5）冷凝器熱負(fù)荷Qk的計算：Qk=qm*( h2-h3)= 0.01757*(658.943-333.94)=5.7103kW四、冷凝器設(shè)計計算1冷凝器的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)選擇傳熱管選用7mm0.22mm的純銅管。肋片選用百葉窗翅片（鋁片），片厚f=0.10510-3m。管排方式采用叉排，正三角形排列，管間距s1=0.021m， 冷凝負(fù)荷： Qk=5.71kW主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果排間距s2=0.018

5、187m，肋片節(jié)距sf=0.0026m，沿氣流方向的管排數(shù)N=2，片寬L=0.036373m，百葉窗投影長度Lp=0.002m，百葉窗高度Lh=0.001m。管外肋片面積ff為：ff=2*(s1*s2-*db24)sf=0.26237617/mdb=d0+2*f= 0.00721 /m肋間管外單位表面積fb為：fb=*db*(1-fsf)= 0.021736117/m管外總單位表面積ft為：ft= fb+ ff=0.284112287/m管內(nèi)單位表面積fi為：fi=*di= 0.02060883/m肋化系數(shù)為：=ftfi= 13.785949122空氣側(cè)傳熱系數(shù)計算1）空氣進出冷凝器溫差及風(fēng)量

6、假設(shè)出風(fēng)溫度： ta2=42溫差： ta=ta2-ta1=7平均溫度： tam=ta2+ta12=38.5肋化系數(shù):= 13.786主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果風(fēng)量： qva=Qkmcpata= 0.715783642m/s (平均溫度下空氣物性參數(shù)為:密度:m=1.134 kg/；比定壓熱容: cpa=1.005 kJ/(kgK）；運動粘度： m=16.816*10-6/s；普朗特數(shù)：Prf=0.6993，熱導(dǎo)率:m= 0.027465W/(mK）。)2）肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的空氣最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比為：=sf-f*(s1-db)s1*sf=0.6

7、30147436取迎面風(fēng)速wf=1.6 m/s，則最小流通面風(fēng)速：wmax=wf=2.539088329m/s當(dāng)量直徑：deq=2*s1-db*(sf-f)s1-db+sf-f=0.00422549 m單元空氣流道長徑比：Ldeq=8.608012187空氣雷諾數(shù)：Ref=wmax*deqm=1088.655261000根據(jù)流體流過百葉窗翅片管簇時的換熱公式，有：雷諾數(shù): Ref=1088.7主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)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?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：0，=jfwmaxcpf(Prf)2/3= 103.0937418W/(K)對于叉排管有：，=1.27*s1db*1-0.3= 3.094829807肋片的當(dāng)量高度：h，= db2*(,-1)*(1+0.35*ln,)= 0.010537917m肋片的特性參數(shù)：m=2*0f*f= 98.35319686m-1（其中導(dǎo)熱

9、系數(shù)：f=203W/(mK)）肋片效率：f=tanh(m*h,)m*h,= 0.749179051冷凝器外表面效率：當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):j= 79.214 W/(K)主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果s=ff*f+fbft= 0.768368202當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：j=s*0= 79.21395303 W/(K)3管內(nèi)R290冷凝時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算首先假設(shè)管壁溫度tw，則平均溫度： tm=tw+tk2根據(jù)R290管內(nèi)冷凝換熱有關(guān)計算公式：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）再由熱平衡可得管壁溫度平衡方程：i

10、*ditk-tw=j*ft*tw-tam將以上公式用MATLAB編程計算（具體過程見圖1-2及圖1-3）得tw= 47.01時，等式成立，證明合適。圖1-2 運行結(jié)果截圖管壁溫度tw=47.01主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果圖1-3 程序代碼截圖得內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：i= 2263.494109 W/(K)4計算所需傳熱面積考慮到傳熱管為純銅管，取傳熱管導(dǎo)熱熱阻、接觸熱阻和污垢熱阻之和：r0=0.0048K/W以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：K0f=1i+r0+1j= 42.5267712 W/(K)平均溫差為：tm=ta2-ta1lntk-ta1tk-ta2= 11.13570406管

11、外面積：A0f=QkK0f*tm= 12.05809869所需的肋片總長度：內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：i= 2263.5 W/(K)設(shè)計迎風(fēng)風(fēng)速： w=1.6m/s實際迎風(fēng)風(fēng)速：w=1.56m/s主要結(jié)果設(shè) 計 計 算 及 說 明主要結(jié)果L=A0fft= 42.4413136m冷凝器每列管數(shù)29根，總管數(shù)為58根，單管有效長度0.74m，總的有效管長為42.92m，裕度為1.13%。冷凝器高度0.6195m，實際迎風(fēng)面積A= 0.45843，實際迎風(fēng)風(fēng)速w=VaA= 1.561380454m/s，與風(fēng)速初取值1.6m/s接近，設(shè)計合理。5風(fēng)側(cè)阻力計算叉排時：pw=1.2*9.81*A*(Ldeq)*( m*wmax)1.7= 6.912355Pa（其中A考慮翅片表面粗糙度的系數(shù)，對非親水膜取A0.0113，對親水膜取A0.00