雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)解讀

1、合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 李杰學(xué) 號(hào)20111368專(zhuān)業(yè)班級(jí) 熱能與動(dòng)力 11-4 班指導(dǎo)教師 王鐵軍院系名稱(chēng) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院2015 年 06 月 12 日24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)目錄摘要: 1. . TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document ABSTRACT: 2. . HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 緒 論3. . HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 引言 3.

2、 . HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 發(fā)展?fàn)顩r及前景 3. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5. . HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 方案確定 5. . HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 本設(shè)計(jì)的題目與數(shù)據(jù) 6.設(shè)計(jì)題目 6.設(shè)計(jì)工況 6.研究?jī)?nèi)容 6. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 相關(guān)參數(shù)設(shè)定 6.制冷單元性能工況 6.

3、蒸發(fā)溫度和冷凝溫度確定 6.制冷劑的選擇 7. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 制冷循環(huán)熱力計(jì)算 8. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 壓縮機(jī)的選型 1.0. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 制冷單元換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 1.2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 空氣進(jìn)出口冷凝器的溫差及風(fēng)量 1. 2冷凝器的對(duì)數(shù)平均溫差 1.2冷凝器風(fēng)量風(fēng)機(jī)計(jì)算 1.2 HYPERLINK l bookmark3

4、0 o Current Document 冷凝器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.2初步設(shè)計(jì) 1.2空氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算 1.33.2.3管內(nèi) R410A 冷凝時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 1. 5計(jì)算所需傳熱面積 1.5風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算 1.7制冷單元蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 1.8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 冷凍水流量計(jì)算 1.8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 冷量負(fù)荷及介質(zhì)流量 1.8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)傳熱溫差初步計(jì)算 1.9 HYPERLINK l

5、 bookmark38 o Current Document 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì) 1.9. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 干式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.0合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) TOC o 1-5 h z 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.0殼程換熱系數(shù)計(jì)算 2.1管內(nèi)外 R410A 的傳熱系數(shù) 2.3管外傳熱系數(shù) 2.5計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)阻力和平均傳熱溫差 2. 5計(jì)算面積熱流量及傳熱面積 2. 5水側(cè)流動(dòng)阻力計(jì)算 2.6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 自然冷卻時(shí)的換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 2.8 HYPERLINK l bo

6、okmark44 o Current Document 冷凝器設(shè)計(jì)參數(shù) 2.8 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 空氣進(jìn)出口冷凝器的溫差及風(fēng)量 2. 8 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.8冷凝器有關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) 2.8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 肋片管各部分傳熱面積的計(jì)算 2. 9 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 計(jì)算空氣側(cè)的傳熱系數(shù) 2.9 HYPERLINK l b

7、ookmark60 o Current Document 計(jì)算冷水在管內(nèi)的傳熱系數(shù) 3. 1 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 計(jì)算所需傳熱面積 3.2風(fēng)側(cè)的阻力計(jì)算 3.3 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 5.4流程布置對(duì) R410A 冷凝器性能的影響 3. 3表面式換熱器設(shè)計(jì) 3.6. HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 換熱器結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì) 3.6肋片管各部分傳熱面積的計(jì)算 3. 6 HYPERLINK l bookmark56 o Curr

8、ent Document 確定空氣流通換熱器時(shí)的狀態(tài)過(guò)程 3. 7計(jì)算空氣側(cè)的傳熱系數(shù) 3.7計(jì)算冷水在管內(nèi)的傳熱系數(shù) 3.9計(jì)算所需傳熱面積 3.9 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算 4.1. HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 輔助元件選型及計(jì)算 4.2 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 7.1風(fēng)機(jī)選擇 4.2.軸流風(fēng)機(jī)選擇 4.2采用自然冷卻時(shí)室外風(fēng)機(jī)選擇 4. 3 HYPERLINK l bookmark70 o Curren

9、t Document 制冷單元膨脹閥選擇 4.3確定膨脹閥兩端的壓力差 P 4.3 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.4.連接管的確定 4.4合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) TOC o 1-5 h z 管板設(shè)計(jì) 4.5法蘭設(shè)計(jì) 4.5支座的選擇 4.5結(jié)論4.7.致謝4.8. HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 參考文獻(xiàn) 4.9.附 錄 1 干式蒸發(fā)器主視圖 5.0附 錄 2 干式蒸發(fā)器左視圖 5.1附 錄 3 風(fēng)冷冷凝器零件圖 5.2附 錄 4 自然冷卻時(shí)風(fēng)冷冷凝器零件圖 5.3附

10、錄 5 室內(nèi)換熱器零件圖 5.4合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要:本課題是關(guān)于對(duì) 24 匹（ 60 KW ）風(fēng)冷 /蒸發(fā)壓縮式雙冷源冷水機(jī)組機(jī)房空 調(diào)的循環(huán)流程的設(shè)計(jì)， 其中設(shè)計(jì)的主要流程包括關(guān)鍵部件的論證、 壓縮機(jī)選型、 換熱器計(jì)算、制冷劑選擇以及制熱量的選擇方案。隨著信息時(shí)代的發(fā)展， 整個(gè)社會(huì)信息化程度的不斷提高， 對(duì)于數(shù)據(jù)中心機(jī)房 空調(diào)的需求也越來(lái)越大， 在有限的空間內(nèi) IT 設(shè)備的密度和業(yè)務(wù)都不斷增大， 隨 之而來(lái)的是用電負(fù)荷的逐漸加大， 熱流密度的不斷提高， 這就要求我們不斷探索 新的空調(diào)解決方案。 作為數(shù)據(jù)中心空調(diào)的集中冷源， 冷凍水系統(tǒng)與各自獨(dú)立的直 接膨脹式空調(diào)系統(tǒng)相比，制冷效率更

11、高，設(shè)備更集中，運(yùn)行更穩(wěn)定，故障率和維 護(hù)成本更低， 國(guó)外眾多大型數(shù)據(jù)中心普遍使用冷凍水空調(diào)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)采用雙冷 源冷水機(jī)組在于充分利用室外冷空氣對(duì)高溫回水進(jìn)行直接冷卻， 減少壓縮機(jī)的啟 動(dòng)時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)約資源。 其中它與普通冷水機(jī)組最大的區(qū)別在于它在冷凝盤(pán) 管之前安裝了自然冷卻熱交換盤(pán)管， 優(yōu)先利用環(huán)境冷空氣冷卻盤(pán)管內(nèi)的回水。 通 過(guò)冷凍水循環(huán)管路的精心設(shè)計(jì)以及控制邏輯的優(yōu)化， 實(shí)現(xiàn)與機(jī)房?jī)?nèi)部空調(diào)氣流組 織的完美匹配， 并且可以根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷以及室外環(huán)境的變化， 對(duì)冷凍水流量進(jìn) 行靈活的調(diào)節(jié)，將自然冷卻的效益發(fā)揮到最大，始終使機(jī)組保持高效運(yùn)行 14 。 關(guān)鍵字：雙冷源冷水機(jī)組； 機(jī)房空調(diào)

12、； 自然冷源； 風(fēng)冷第 1 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)Abstract:The main topic is about the circulation flow 24 (60kw) air / vapor compression chillers double cold source of design, process design, including the main argument of critical components, compressor selection, calculation of the heat exchanger, refrig

13、erant selection and heating capacity options.With the development of the information age, the whole society to continuously improve the level of information, data center demand for room air-conditioning is also growing, in a limited space density IT equipment and services are increasing, and the att

14、endant electricity load is gradually increased, and continuously improve heat flux, which requires us to constantly explore new air conditioning solutions.As a centralized data center air conditioning cooling source, chilled water systems, compared with independent direct expansion air conditioning

15、systems, higher cooling efficiency, the device is more concentrated, more stable, lower failure rate and maintenance costs, many large data centers abroad widespread use of chilled water air conditioning system. Double cold source chillers that take full advantage of this design uses high-temperatur

16、e outdoor cold backwater direct cooling, reducing start-up time of the compressor, so as to achieve the conservation of resources.Where it is with ordinary chiller biggest difference is that it is installed before the condensing coil natural cooling heat exchanger coil, designed to preferentially us

17、e backwater environment inside the cold air cooling coil. By careful design of frozen water circulation piping and control logic optimized to achieve a perfect match with the room air distribution inside and can change according to the indoor and outdoor environment, the heat load on the chilled wat

18、er flow for flexible adjustment, natural cooling to maximize efficiency, and always keep the unit running efficiently. Keyword: Double cold source chiller; CRAC; Natural cooling source Air-cooled第 2 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)緒論引言制冷技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用極為廣泛，幾乎沒(méi)有一個(gè)部門(mén)不應(yīng)用這一技術(shù)。 在食品工業(yè)方面，制冷技術(shù)應(yīng)用最早。目前，在商業(yè)流通中冷庫(kù)設(shè)施、冷藏船、 冷藏列車(chē)、 冷

19、藏汽車(chē)以及冷藏柜臺(tái)、 冰箱等裝置的使用逐漸普及， 而冷藏庫(kù)的服 務(wù)范圍，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高， 空調(diào)技術(shù)越 來(lái)越廣泛應(yīng)用于日常生活及各種社會(huì)場(chǎng)所。尤其是隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展， 催生了更多的數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)， 與此同時(shí)， 機(jī)房產(chǎn)生的大量的熱量急需排出室內(nèi)， 以保證機(jī)房的機(jī)器能夠安全的運(yùn)行， 為了 讓機(jī)房的機(jī)器能保證在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行， 需要利用制冷技術(shù)來(lái)解決當(dāng)前問(wèn) 題，通過(guò)機(jī)房空調(diào)的建設(shè)， 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房的溫度、 濕度以及潔凈度保持在一 定的范圍內(nèi)，這樣可以實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕環(huán)境，使得機(jī)房的機(jī)器能夠正常的運(yùn)行。發(fā)展?fàn)顩r及前景信息產(chǎn)業(yè)和數(shù)字化時(shí)代的快速發(fā)展， 推動(dòng)了

20、數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)和數(shù)量， 隨著機(jī) 房空調(diào)的建設(shè)， 機(jī)房空調(diào)在機(jī)房的能耗的比例越來(lái)越高， 由于機(jī)房的機(jī)器需要全 年運(yùn)行在一定溫度范圍內(nèi)才能保證其安全性， 這使得機(jī)房空調(diào)需要一年四季連續(xù) 運(yùn)行，尤其是在室內(nèi)設(shè)定溫度低于室外側(cè)溫度的季節(jié)， 特別是在寒冷的北方， 常 規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)仍需要繼續(xù)運(yùn)行壓縮式制冷系統(tǒng)， 傳統(tǒng)的壓縮式制冷系統(tǒng)工作效率 不是很高，而且在工作容易出現(xiàn)故障，所以，新的制冷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生15 。目前較為常見(jiàn)的機(jī)房空調(diào)使用的制冷裝置系統(tǒng)采用風(fēng)冷冷水機(jī)組、 水冷冷水 機(jī)組，若能利用室內(nèi)外的溫差來(lái)提供室內(nèi)的冷量， 這將大大減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗 和運(yùn)行成本 ,即為機(jī)房空調(diào)提供集中冷源的冷水機(jī)組需要常年

21、運(yùn)行即便在室外溫 度很低的條件下也需要空調(diào)繼續(xù)運(yùn)行， 當(dāng)室外溫度較低的條件下， 我們可以利用 室外的冷空氣來(lái)冷卻高溫回水，這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)在不適用壓縮機(jī)的情況下， 實(shí)現(xiàn)制冷效果， 這種方法我們稱(chēng)之為自然冷卻， 不需要開(kāi)啟壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)， 即 壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)， 其中此冷水機(jī)組與常規(guī)的冷水機(jī)組的最大區(qū)別在于它在冷 凝盤(pán)管之前安裝了自然冷卻盤(pán)管內(nèi)的回水。 從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)室外溫度的不同切換 制冷系統(tǒng)的運(yùn)行方式。在自然冷卻冷水機(jī)組的基礎(chǔ)上， 相繼提出了全新的數(shù)據(jù)中心的機(jī)房空調(diào)解決第3頁(yè)共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)方案，如阿爾西提出的數(shù)據(jù)中心自然冷卻冷凍水系統(tǒng)， 它通過(guò)冷凍水

22、循環(huán)管路的 精心設(shè)計(jì)以及控制邏輯的優(yōu)化， 實(shí)現(xiàn)與機(jī)房?jī)?nèi)部空調(diào)氣流組織的完美匹配， 并且 可以根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷以及室外環(huán)境的變化， 對(duì)冷凍水流量進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)， 將自 然冷卻的效益發(fā)揮到最大， 始終使機(jī)組保持高效運(yùn)行。 又如目前較為先進(jìn)的處理 方案就是基于熱管技術(shù)的機(jī)房空調(diào)解決方案，主要是利用了熱管實(shí)現(xiàn)了相變制 冷，其制冷效果比常規(guī)的制冷效果高出很多 14 。相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)， 機(jī)房空調(diào)的解決方案能夠得到進(jìn)一步提升， 這樣就能節(jié) 約更多的資源。第 4 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定根據(jù)論文設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)采用雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì) 9 ，其原理圖見(jiàn)圖2-1 復(fù)合型機(jī)房空

23、調(diào)模塊方案圖1- 節(jié)流結(jié)構(gòu) 2- 制冷單元冷凝器 3- 制冷單元壓縮機(jī) 4- 殼管式換熱器5- 旁通電磁閥 6- 室外冷凝器 7- 室內(nèi)末端裝置 8- 液泵原理：根據(jù)選用的雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)要求， 此設(shè)計(jì)夏季采用制冷壓縮循環(huán)， 室內(nèi)高溫回水與制冷劑在殼管式換熱器里面進(jìn)行熱交換， 被冷卻的低溫冷水繼續(xù) 進(jìn)入室內(nèi)， 在室內(nèi)末端裝置處與室內(nèi)高溫空氣進(jìn)行換熱， 將熱量帶出室內(nèi)， 這樣 就可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度保證在一定的范圍內(nèi)。高溫高壓的制冷劑通過(guò)銅管到達(dá)室 外，經(jīng)過(guò)室外風(fēng)冷冷凝器，與室外實(shí)現(xiàn)熱交換，變成低溫高壓的制冷劑，在通過(guò) 節(jié)流閥的作用，變成低溫低壓的液體，這樣實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制冷循環(huán)。冬季時(shí)，當(dāng)室 外溫度

24、較低時(shí)，此時(shí)，可以關(guān)閉機(jī)械制冷系統(tǒng)，室內(nèi)高溫回水直接通過(guò)三通閥， 到達(dá)室外冷凝器，直接與室外冷風(fēng)進(jìn)行換熱，然后冷卻的高溫回水又進(jìn)入房間， 實(shí)現(xiàn)無(wú)壓縮機(jī)制冷，此制冷方式為自然冷卻。該冷水機(jī)組的特點(diǎn)：（1）采用自然冷源，當(dāng)室外溫度一定低的時(shí)候，可以關(guān)機(jī)機(jī)械制冷循環(huán)，實(shí) 現(xiàn)無(wú)壓縮式制冷，此方案可以實(shí)現(xiàn)更多的節(jié)能， 重要的是可以延長(zhǎng)壓縮機(jī)的壽命。（2）采用此方案，可以使系統(tǒng)工作在三個(gè)工作區(qū)，當(dāng)室外溫度較高時(shí)，采用第 5 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)機(jī)械制冷循環(huán)， 當(dāng)室外溫度處于一定范圍時(shí)， 可以開(kāi)啟自然冷卻系統(tǒng)循環(huán)， 室內(nèi) 高溫回水可以先通過(guò)室外翅片式冷凝器進(jìn)行風(fēng)冷， 帶走

25、一部分熱量， 接下來(lái)水在 與制冷劑進(jìn)行換熱， 這樣可以實(shí)現(xiàn)一定量的節(jié)能。 當(dāng)室外溫度足夠低時(shí)， 可以完 全關(guān)閉機(jī)械制冷系統(tǒng)，直接用室外冷風(fēng)進(jìn)行冷卻，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)壓縮制冷。本設(shè)計(jì)的題目與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)題目：60kw 風(fēng)冷/蒸發(fā)壓縮式雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工況 ：制冷量為 60kw，運(yùn)行環(huán)境（ -1050 c ），并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究?jī)?nèi)容：本次課題研究主要是研究風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組的基本 工作流程設(shè)計(jì)，論證關(guān)鍵部件、制冷劑（ R410a）的選擇方案，并分析系統(tǒng)的先 進(jìn)性。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：熱力計(jì)算、壓縮機(jī)選擇、換熱器設(shè)計(jì)，附件選擇，系統(tǒng)集 成。相關(guān)參數(shù)設(shè)定制冷單元性能工況按 GB17758-2001里

26、面的規(guī)定，制冷單元性能工況見(jiàn)表 2-1 6 所示表 2-1 制冷單元性能工況工況條件室內(nèi)側(cè)空氣狀態(tài)（ c）室外側(cè)空氣狀態(tài)（ c ）干球濕球干球濕球使用工況33.019.535242.3.2 蒸發(fā)溫度和冷凝溫度確定（1）蒸發(fā)溫度 t0 確定:冷凍水進(jìn)口溫度 ts1= 17 c ，出口溫度 ts2 12 c ，則根據(jù)公式可確定蒸發(fā)溫 度t0為：t0 ts1 ts2 - m 17 12 6.5 8 c；22其中 m為蒸發(fā)器中平均傳熱溫差，對(duì)于氟利昂等制冷劑蒸發(fā)器取6-8 C ，為了使機(jī)房運(yùn)行時(shí)空調(diào)機(jī)組不產(chǎn)生冷凝水， 提高機(jī)房空調(diào)的安全性， 則本次設(shè)計(jì) 空調(diào)的冷水供回水溫度由 7 c/12 c提升到1

27、2 c/18 c 13 。冷水溫度的提升，可以 使冷水機(jī)組的 COP 值可以更高，則系統(tǒng)節(jié)能效應(yīng)更好；（2）冷凝溫度 tk 確定：tk t1 t 35 15 50 c ；其中 t1是進(jìn)口空氣干球溫度（ c ），按照當(dāng)?shù)叵募臼彝馔L(fēng)干球溫度計(jì)算， t 為冷凝溫度與進(jìn)口溫（干球）之差，取 t 10 15 c，本次設(shè)計(jì)取 15 c ；第 6 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 3）吸氣溫度 t 確定： 采用熱力膨脹閥時(shí)，對(duì)于機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)而言，蒸發(fā)器出口的氣體過(guò)熱度為3 5 c ，過(guò)冷（ 5 c ）在單級(jí)壓縮系統(tǒng)中，節(jié)流前的液體的過(guò)冷是在冷凝器實(shí)現(xiàn) 的，在一般情況下取過(guò)冷度為 5 c 。設(shè)計(jì)計(jì)

28、算的計(jì)算工況如下：環(huán)境參數(shù)：室內(nèi)側(cè)干、濕球溫度為 33 c，19.5 c ，室外側(cè)干、濕球溫度為 35 c,24 c； 循環(huán)參數(shù)：蒸發(fā)溫度 t0=8 c，冷凝溫度 tk 50 c，吸氣溫度 t1 20 c ，過(guò)冷溫度 t 4 49 c 。制冷劑的選擇 制冷劑選擇對(duì)于制冷系統(tǒng)效率， 以及對(duì)環(huán)境的健康程度有很大的影響。 近年 來(lái)伴隨著全球臭氧層破壞的加劇， 以及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的在意， 全球?qū)W者對(duì)尋找 和使用 CFCS和 HCFCS 類(lèi)物質(zhì)替代物的呼聲越來(lái)越高。 CFCS是消耗臭氧層的 化學(xué)物質(zhì)中最重要的一種物質(zhì)，目前國(guó)際社會(huì)對(duì)其的使用和生產(chǎn)進(jìn)行了嚴(yán)格限 制。自制冷劑問(wèn)世以來(lái)， 被廣泛運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)

29、中， 特別是運(yùn)用于壓縮機(jī)制冷循 環(huán)，近百年的發(fā)展，制冷劑已經(jīng)從單一的制冷劑發(fā)展到許多類(lèi)型的制冷劑。無(wú)機(jī)物自然工質(zhì)氨、氮?dú)?、二氧化碳等，作為一種無(wú)毒、不燃、安全的自然 制冷劑，被廣泛用于汽車(chē)空調(diào)、 食品冷凍冷藏系統(tǒng)中， 同樣的近來(lái)年被廣泛用于 超級(jí)計(jì)算機(jī)的冷卻， 具有較為廣闊的前景， 但是由于存在一些壓力的原因， 還有 很多問(wèn)題有待解決。其次是氟利昂制冷劑，如： R22（二氯二氟甲烷）、 R12（二氯一氟甲烷）、 R134a（四氟乙烯），其中 R22 制冷劑屬于 HCFC類(lèi)制冷劑，對(duì)環(huán)境有破壞作用， 目前已經(jīng)進(jìn)入限制和禁止使用的進(jìn)程中。 R134a（四氟乙烯）是目前廣泛使用， 代替 R12和 R

30、22 的制冷劑。R-134a（四氟乙烷） 是一種不含氯原子的制冷劑， 它對(duì)臭氧層不起破壞作用， 其具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、無(wú)毒、無(wú)刺激性、無(wú)腐蝕性）的制冷 劑，它的制冷量與效率與 R-12（二氯二氟甲烷）非常接近，所以被視為優(yōu)秀的 長(zhǎng)期替代制冷劑。如今 R-134a是目前國(guó)際公認(rèn)的 R-12最佳的環(huán)保替代品之一 6。除了氟利昂之外，還有碳?xì)浠衔锝M成的制冷劑，如 R600a、R290、R50等 制冷劑， 它們都是一些都碳?xì)浣M成的制冷劑， 有很多優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)碳?xì)湓亟M成的 混合制冷劑， 如共沸混合制冷劑和非共沸制冷劑， 其共沸制冷劑相對(duì)于單一的組第 7 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /

31、蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)分而言，具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中包括蒸發(fā)溫度、 化學(xué)穩(wěn)定性、單位容積制冷量等等。 非共沸制冷劑包括 R401A、 R402A、R410等等，其中 R410A是一種新型環(huán)保制冷 劑，它的工作壓力為普通制冷劑 R22空調(diào)的 1.6 倍左右。目前 R410A新冷媒由兩種準(zhǔn)共沸的混合物包括 R32和 R125各 50%組成的， 主要有氫，氟和碳元素組成 , 其具有穩(wěn)定，無(wú)毒，性能優(yōu)越等特點(diǎn)。由于不含氯 元素，故不會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)，即不會(huì)破壞臭氧層（ ODP=）0 。另外，采用 R410A 的新冷媒的空調(diào)在性能方面也會(huì)有一定的提高。R410A是目前國(guó)際公認(rèn)的用來(lái)替代 R22最合適的的

32、冷媒之一，它并在歐美， 日本等國(guó)家得到普及， 近來(lái)年在我國(guó)制冷行業(yè)也得到廣泛的運(yùn)用， 如 R410A被廣 泛的運(yùn)用在谷輪壓縮機(jī)之上。本次設(shè)計(jì)選用配有 R410A制冷劑的谷輪渦旋式壓縮機(jī)， 主要是考慮到 R410A 的一些優(yōu)點(diǎn)出發(fā)，比如在相同的制冷量情況下，相同的冷凝溫度條件下，采用 R410A系統(tǒng)能效比可以比 R22高出 6%左右，由于壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中的損耗更少， 蒸發(fā)器和冷凝器具有更強(qiáng)的熱傳遞性， 整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的壓降更小。 對(duì)于 R410A的低 壓損失特性而言，小型商用空調(diào)系統(tǒng)中的大型壓縮機(jī)會(huì)比小型家用系列的空調(diào)壓 縮機(jī)收益會(huì)更多。以下通過(guò)對(duì)比 R134a、 R410A的一些重要性質(zhì)見(jiàn)表 2

33、-5 10表 2-5 制冷劑具體參數(shù)對(duì)比重要性質(zhì)R410AR134a運(yùn)行壓力159%68%溫度偏移0.2 C0.0 C蒸發(fā)器熱傳遞135%90%冷凝器熱傳遞105%95%壓力降低量72%128%管徑較小較大制冷劑充注量70%100%系統(tǒng)性能系數(shù)98 105%96 100%系統(tǒng)成本較低稍高對(duì)比各制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn)方面考慮出發(fā)，本設(shè)計(jì)選擇 R410A作為本次設(shè)計(jì)使用 的制冷劑。制冷循環(huán)熱力計(jì)算第8頁(yè)共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)制冷循環(huán)壓焓圖如圖 2-2 所示，本次設(shè)計(jì)選用的制冷工質(zhì)為 R410A,根據(jù)查R410A制冷工質(zhì)的壓焓圖可知，得到各點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)的具體參數(shù)見(jiàn)表2-2 ，熱力計(jì)算具體參數(shù)見(jiàn)表

34、2-3 所示圖 2-2 制冷循環(huán)的 lgp-h 圖表 2-2 制冷循環(huán)各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)符號(hào)單位參數(shù)值參考來(lái)源0t0C8根據(jù)確定蒸發(fā)壓力，作 等壓線交飽和氣體線 0點(diǎn)p02102kpa10.17h0kJ/kg427.961t1C20p0的等壓線交 t1 ，查L(zhǎng)gp-h圖1m3 /kg0.028h1kJ/kg438.552st 2sC81.30過(guò)點(diǎn)作等熵線，與 p2等壓線交點(diǎn) 2s，p2 =pkh2skJ/kg470.6682t2C88.24取 i 0.85 ，求得 h22m3 /kg0.0104h2kJ/kg478.704t4C44.83p k等壓線與 t4 過(guò)冷液體等溫線的交點(diǎn) 4，p410

35、2kpa30.33第 9 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)h4kJ/kg 280.72 h4 h5表 2-3 熱力計(jì)算性能具體參數(shù)項(xiàng)目計(jì)算公式單位數(shù)值備注單位質(zhì)量制冷量q0 h1 h4kJ/kg157.83單位容積制冷量qv q0 / v1kJ/m35636.7單位指示功wi h2 h1kJ/kg40.15單位冷凝熱qk h2 h4kJ/kg197.98理論制冷系數(shù)iq0 / wi13.93設(shè)計(jì)制冷量Q0kw60制冷劑質(zhì)量流量q m Q0 / q0kg/s0.38壓縮機(jī)理論排量qhsqm 1 /3 m / s0.0142輸氣系數(shù)取 0.75壓縮機(jī)輸入電功 率We qm

36、wi / i mkw18.15取 m 0.9 ， i 0.85COPEER Q0 /We13.31冷凝器負(fù)荷Qk qmqkkw75.2根據(jù)熱力計(jì)算表 2-3 所知，在標(biāo)準(zhǔn)工況條件下，對(duì)應(yīng)的制冷量為 60kw 的制 冷循環(huán)，其 COP 值為 3.31，提高蒸發(fā)蒸發(fā)溫度，可以制冷循環(huán)效率，對(duì)于數(shù)據(jù) 中心空調(diào)系統(tǒng)用于機(jī)房空調(diào)， 空調(diào)的出風(fēng)不必與普通空調(diào)那樣低， 適當(dāng)提高蒸發(fā) 溫度，可以有效提升 COP 值，而且還可以防止溫度過(guò)低導(dǎo)致的凝霜現(xiàn)象的發(fā)生。 因此，在滿(mǎn)足被冷卻對(duì)象的前提下，應(yīng)盡可能的采用較高的蒸發(fā)溫度。壓縮機(jī)的選型壓縮機(jī)作為制冷循環(huán)系統(tǒng)中最為重要的部件之一， 壓縮機(jī)的性能好壞， 直接 影響

37、到制冷循環(huán)的性能， 所以，在選用合適的壓縮機(jī)， 不僅要求滿(mǎn)足制冷循環(huán)的第 10 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)制冷量，同樣也可以防止制冷量過(guò)剩而導(dǎo)致的浪費(fèi)現(xiàn)象。目前市場(chǎng)中常用的壓縮機(jī)的種類(lèi)很多， 可分兩大類(lèi)： 容積式和速度型。 其中 容積式壓縮機(jī)是靠工作腔容積改變實(shí)現(xiàn)吸氣、 壓縮、排氣等過(guò)程。 這類(lèi)的壓縮機(jī) 又分往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。 往復(fù)式又稱(chēng)活塞式。 其中速度型壓縮機(jī)是靠旋轉(zhuǎn)的 葉輪對(duì)蒸汽做功， 使壓力升高以完成蒸汽的輸送， 這類(lèi)壓縮機(jī)又分離心式和軸流 式。本次設(shè)計(jì)制冷量為 60kw，要求使用的制冷劑為 R410A，其中活塞式壓縮機(jī)主 要運(yùn)用制冷量較小的家用空調(diào)系統(tǒng)， 螺桿式壓縮

38、機(jī)主要運(yùn)用大型的冷水機(jī)組， 其 制冷量要求在 120KW以上，所以并不適合于本次設(shè)計(jì)要求， 所以從多方面的角度 出發(fā)，選定美國(guó)艾默生谷輪渦旋式壓縮機(jī)系列的壓縮機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)。 根據(jù)已知條件對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行計(jì)算選型 1 ：吸氣狀態(tài)的比體積： v1 2.8 10-2m3 /kg壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量：qvs qm v1 0.38 0.028 0.0106m / s壓縮機(jī)的理論輸氣量：qvh qvs 0.0142m3 /s制冷壓縮機(jī)的理論功率p0 、指示功率 pip0 qm wo qm (h2sh1) 0.407(470.668-438.55) 13.07kwpi pio =103.8057 15.

39、38kW ，其中等熵效率 i 0.85根據(jù)計(jì)算選型，選擇谷輪壓縮機(jī)，其型號(hào)為 ZP285KCE，具體參數(shù)見(jiàn)表 2-4表 2-4 壓縮機(jī)具體參數(shù)型號(hào)名義匹數(shù)制冷能力輸入功率電流ACOPW/WEER排量ccl/Rev注油量?jī)糁豄g電流A噪音功率WTWD36.1177.4250.0ZP285KCE TW523.8815002480072.23.2811.2253.26.3176.9500.089.0TW743.7177.4305.0根據(jù)實(shí)際情況選擇該型號(hào)的壓縮機(jī)作為設(shè)計(jì)元搜集， 其中壓縮機(jī)的理論排氣量為 253.2ccl/ Rev 253.2 10 6 3600m3 / s 0.015m3 / s

40、，比實(shí)際過(guò)程中所需要的理60論輸氣量 0.0146m3 / s大，所以選擇該壓縮機(jī)型號(hào)滿(mǎn)足要求第 11 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)制冷單元換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算空氣進(jìn)出口冷凝器的溫差及風(fēng)量根據(jù)制冷單元熱力計(jì)算， 實(shí)際過(guò)程中考慮到冷凝器 10%-20%的余量 16 ，則在 設(shè)計(jì)計(jì)算的取冷凝器設(shè)計(jì)負(fù)荷為 90kw，根據(jù)制冷單元使用工況來(lái)確定參數(shù)內(nèi)容， 其具體參數(shù)見(jiàn)表 3-13-1 冷凝器設(shè)計(jì)參數(shù)冷凝器負(fù)荷進(jìn)口空氣溫度出口空氣溫度冷凝溫度進(jìn)出口溫差kwt（1 c）t（2 c）t（k c）t（ c）903543508其中空氣進(jìn)出口溫差一般選擇 6-10 c ，本次設(shè)計(jì)選擇 t 8

41、 c。關(guān)于tk 的選擇，tk 越高，冷凝器的換熱面積越小，但是壓縮機(jī)的排溫和耗功會(huì)增大， tk 的選 擇應(yīng)按照使用條件和技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)性來(lái)選擇 5 ，一般tk與進(jìn)風(fēng)溫度控制在 15 c為宜，并且采用全封閉式壓縮機(jī)時(shí)，可取冷凝器溫度 tk 50 55 c ，以加大傳熱溫差。所以本次設(shè)計(jì)冷凝器的冷凝溫度選擇 tk 50 c冷凝器的對(duì)數(shù)平均溫差：t2 t1lntk t1tkt2850 35ln50 43ln1510.5 C3.1.2 冷凝器風(fēng)量風(fēng)機(jī)計(jì)算根據(jù)空氣定性溫度為冷凝器進(jìn)出口溫度平均溫度：tmt1t239 C ，空氣溫差 t 8 C ，在平均溫度條件下的空氣物性參數(shù)為：比定壓熱容為cpa 1.

42、005kJ/(kg k) ， 運(yùn) 動(dòng) 粘 度 為 m 16.96 10-6m2 / s ， 熱 導(dǎo) 率m 0.0276w /(m k) ，密度為 m 1.128kg / m3 ，計(jì)算冷凝器風(fēng)量 qvaqvamcpa t900001.128 1005 810.0m3 / s 36000m3 /h3- 2)冷凝器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選擇 9.52 0.8mm 銅管作為傳熱管設(shè)計(jì)， 肋片 5 選擇平直翅片 （鋁第 12 頁(yè) 共 60 頁(yè)片)，肋片厚度為 f 0.12mm ，肋片節(jié)距 sf 1.7mm ，排管方式采用正三角形 排列，在迎風(fēng)面上的管間距 s1 25mm ，排間距 s2 s1 cos

43、30 21.65mm。 (1)管外肋片單位面積 f f22ff (2 s1s2- db2/4) 20.025 0.022-3.14 (0.00976)2 / 4 0.549m 2 / m (3 3)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)sf0.0017 TOC o 1-5 h z 其中db (0.009520.000122)m2/m 0.0 0 9 7m62 /m(3 4)(2)肋間管外單位表面積 fbf0.000122f b d(b 1- f ) 3.14 0.00976(1-) 0.0285m2 /m (3 5)sf0.0017管外總單位表面積 f tft ff fb (0.549 0.0285)m2

44、/m 0.5775m2 / m(3 6)( 4)管內(nèi)單位表面積 fi22fidi 3.14 (0.00952 0.0008 2)m2 /m 0.0249m2 /m(3 7)5)肋化系數(shù)(3 8)ft 0.5775f i 0.0249空氣側(cè)傳熱系數(shù)計(jì)算 根據(jù)冷凝器迎風(fēng)面風(fēng)速的范圍要求，對(duì)于迎風(fēng)面的風(fēng)速選擇，一般的wf 越高則傳熱系數(shù)越高，但是阻力會(huì)增大，風(fēng)機(jī)耗功也會(huì)增大，綜合考慮實(shí)際情況， wf 應(yīng)取 2.5 -3.5m/ s，本次選擇迎風(fēng)面上的風(fēng)速為 wf 3m/ s ，冷凝器的管排數(shù) 選擇，沿空氣流通方向的管排數(shù)越多， 則后幾排的傳熱量越少， 為提高換熱面積 的利用率， 管排數(shù)一般選擇為 2

45、-6 排為好，本次設(shè)計(jì)氣流方向上的管排數(shù)選擇為 n 4 ，則計(jì)算過(guò)程如下：(1) 肋片效率、空氣側(cè)的傳熱系數(shù)，根據(jù)肋片的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算冷凝器的空氣最 窄流通面積上與迎風(fēng)面積之比為(sf f )(s1 db) (1.7 0.12) (25 9.76) 0.567 (3 9) s1sf25 1.7迎風(fēng)面上的風(fēng)速為 wf 3m / s ，則最小流通面上的風(fēng)速為 wmaxw f 3wmaxm/ s 5.3m/s (3 10)max 0.567第 13 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)其中當(dāng)量直徑為 deqd eq2(s1 db )(sff )s1dbsf f2(25 9.76)

46、(1.7 0.12)1.7 0.12 25 9.76mm 2.86mm(3 11)空氣的雷諾數(shù) RefRefwmaxdeq5.3 0.0028616.96 10 6894(3 12)單元空氣流道長(zhǎng)徑比L ns1 cos30 3 0.025cos3022.7deq0.00286 0.00286根據(jù)流體流過(guò)整張平套片管管簇時(shí)換熱公式可知有A 0.518-0.02315 L 0.000425( L )2 3 10-6 ( L )3 0.176 deqdeqdeq其中： C A(1.36- 0.24Ref ) 0.201000n 0.45 0.0066 L 0.60deqm -0.28 0.08 Re

47、f -0.2081000對(duì)于平直翅片的管外傳熱系數(shù) 00 m CRefn ( L )m 65.41w/(m2 k)deqdeq其中 1.1對(duì)于叉排管有：1.271-0.3其中s125 2.56db 9.76則1.272.56 0.72.72(3 13)(3 14)(3 15)(3 16)計(jì)算肋片的當(dāng)量高度 hh db ( 1)(1 0.35ln ) 0.0113m2計(jì)算肋片特性參數(shù) m(3 17)第 14 頁(yè) 共 60 頁(yè)m2 65.4 m 1 203 0.12 10 3 m合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(3 18)173.27m 1 其中鋁片的熱導(dǎo)率 f 203w(/ m k)肋片的效率 fth(

48、mh)mh0.680.830.82(3 19)冷凝器外表面的效率 sf f f fb 0.549 0.82 0.0285s f f b 0.83s ft 0.5775 (3 20)則當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) j s 0 54.2w(/ m k)管內(nèi) R410A冷凝時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)假設(shè)管壁的溫度 tw 47 C ，則平均溫度 tmtm tw tk 47 50 48.5 C (3 21)22根據(jù) R410A管內(nèi)冷凝器換熱的有關(guān)計(jì)算公式：1 1 1i 0.683rs4Bmdi 4 (tk tw ) 41 1 1i 0.683 19.34 80.98 (0.00902) 4 (tk tw) 4 3470.99(

49、tk tw) 4(3 22)其中， s表示汽化熱，根據(jù)文獻(xiàn) 2查得R410A在48.5 C條件下時(shí)的數(shù)值為 140200， 1則 rs4 19.34 。1Bm 表示冷凝液膜組合物性參數(shù)，根據(jù) Bm (9.81 3 / )4 ，根據(jù)文獻(xiàn) 2， 916.6427kg/m3，0.0764w / m k， 9.12 10-8m2 /s，則 Bm 80.98，代入上式中，可求得 i 根據(jù)熱平衡可得到壁溫平衡方程為： i di(tk tw)j ft(tw tm)3470.99(tk tw) 40.00902 (tk tw) 62.4 0.5775(tw 39)3整理得到： 98.36 (50 tw)4 3

50、6.0(4 tw 39)(3 23)由試湊法得到當(dāng) tw 46.5 C 時(shí)，等式兩邊相等，與設(shè)定值相近。1(3 24)所以： i 3470.99(50 46.5) 4 2536.7W /(m2 k)計(jì)算所需傳熱面積 根據(jù)實(shí)際情況， 考慮到傳熱管采用純銅管， 設(shè)計(jì)時(shí)取傳熱管的導(dǎo)熱熱阻、 污 垢熱阻和接觸熱阻之和為 0 0.0048m2 k / w ，根據(jù)管外面積為基準(zhǔn)，計(jì)算傳熱第 15 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)面積23.231.95W /(m2 k) (3 25)2536.70.004854.2則所需要的管外面積和結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：管外面積：Qkkof m900003

51、1.95 10.5268.3m2(3 26)所需的肋片的管總長(zhǎng)度為：269.30.5775464.5m(3 27)本次設(shè)計(jì)冷凝器采用 V 型設(shè)計(jì)，其中沿著空氣流動(dòng)方向的管排數(shù)為 3排，迎 風(fēng)面上的管排數(shù)選擇 60 排，總管數(shù)為 360 ，單管有效長(zhǎng)度 1.3m，則冷凝器的實(shí) 際有效總長(zhǎng)度為 468m ，實(shí)際換熱面積為 270.27m2，則裕度為 0.73% ，其中冷凝 器的高度 H 60.5 0.025 1.51m ，則實(shí)際迎風(fēng)面積 A 1.3 1.51 1.96m2 ，則實(shí)際的迎風(fēng)風(fēng)速為 w qva102.6m/s ，與初設(shè)定值接近，所以本次設(shè)計(jì)2A 2 1.96是合理的。冷凝器的具體參數(shù)見(jiàn)

52、表 3-2：表 3-2 冷凝器參數(shù)項(xiàng)目設(shè)定參數(shù)冷凝負(fù)荷（ kw）90kw風(fēng)量（m3 / s）10m3 /s傳熱系數(shù) w/（m2 k）31.95W /(m2 k)沿空氣流動(dòng)方向上的管排數(shù)2 3 排， V 型迎風(fēng)面上的管排數(shù)60冷凝器的高度（m）1.51m單管管長(zhǎng)（m）1.3m所需總管長(zhǎng)度 （m）464.5m第 16 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)所需總換熱面積 (m2)2268.3m2實(shí)際總管長(zhǎng)(m)468m實(shí)際迎風(fēng)面上風(fēng)速 (m/s)2.6m/ s風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算采用順排時(shí)： Pd 9.81 A( L )( wmax )1.7 ，系數(shù) A 0.0113，則deqPd 9.81 0.011

53、3 24.5 (5.77 1.128)1.7 65.6pa(3 28)采用叉排時(shí)： Pw 1.2Pd 1.2 65.6 78.74pa(3 29)第 17 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)制冷單元蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算 用于冷水機(jī)組的蒸發(fā)器的形式很多， 按照載冷劑的不同可分為用于冷卻空汽 或冷卻各種液體的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為滿(mǎn)液式蒸發(fā)器， 非滿(mǎn)液式蒸發(fā)器、 循環(huán)式蒸發(fā)器、 淋激式蒸發(fā)器四種。 本次設(shè)計(jì)采用干式臥式殼 管蒸發(fā)器作為設(shè)計(jì)型式，其制冷量為 60kw。本次設(shè)計(jì)為殼管式干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)， 根據(jù)冷水機(jī)組設(shè)計(jì)要求， 第一制冷劑與 室內(nèi)高溫回水在干式蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)

54、行換熱， 為了減少制冷劑的充入量， 設(shè)計(jì)中制冷 劑走管程，水走殼程，采用逆流換熱，換熱器類(lèi)型選管式換熱器，換熱管采用 9.52mm規(guī)格的內(nèi)微肋管，設(shè)計(jì)見(jiàn)表 4-1表 4-1 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)制冷劑R410a冷凍水進(jìn)口溫度17 c管子規(guī)格9. 52m m冷凍水出口溫度12 c冷凝溫度50 c蒸發(fā)溫度8c過(guò)冷度5c過(guò)熱度12 c冷凍水流量計(jì)算蒸發(fā)器的進(jìn)水溫度為 tw1 12 c ，出水溫度 tw2 17 c ，則冷水的定性溫度為tw tw1 tw2 12 17 c 14.5 c ，查水的物性參數(shù)： cpw 4.187kJ /(kg K) ， 22w 0.597W /(m K)，Prw 8.45， w

55、 999Kg / m3 ， vw 1.171 10 6m2/ s。則水側(cè)的質(zhì)量流量Q060m 0 kg /s 2.866 kg/ s (4 1) c(tw1 tw2) 4.187 (17 12)水側(cè)的體積流量vm m 2.866 m3 /s 2.866 10 3 m3 /s(4 2)m 999冷量負(fù)荷及介質(zhì)流量根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇壓縮機(jī)性能曲線圖可知，當(dāng)蒸發(fā)溫度 t0 8 c,tk 50 c 時(shí)，第 18 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)制冷量為： Q0 60kW ，通過(guò)查閱制冷劑 R410a 的壓焓圖可知，當(dāng)冷凝過(guò)冷度為t 5 c 時(shí) ， 蒸 發(fā) 器 的 出 口 的 飽 和 蒸 汽 時(shí)

56、的 單 位 制 冷 量 為h h1 h5 438.55 280.72 157.83kJ / kg ，所 以通 過(guò)干式蒸 發(fā)器的制 冷劑R410a 的流量為：Gr Q060 kg/ s 0.38kg / sr h 157.83(4 3)4.3 設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)傳熱溫差初步計(jì)算對(duì)數(shù)平均傳熱溫差1 2 17 12tm= 1t1 2t0 = ln1717128 =6.165 cln 1 0 lnt2 t0 12 8t1 t2(4 4)4.4 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用 內(nèi)微肋管，增強(qiáng)換熱 能力，其 外徑 d0 9.52mm ，內(nèi)徑di 8.22mm ，翅高 f 0.15mm 翅數(shù) Nn 60 。設(shè)內(nèi)微 肋管的面

57、 積熱流量q0 1000W0/m2 ，則其所需的外表面?zhèn)鳠崦娣e：Q0 60 10 2 2F m 6mq0 10000(4 5)假定制冷劑質(zhì)量流速 vt 100Kg/(m2 k ) (為了保證潤(rùn)滑油帶回壓縮機(jī)，制冷 劑在換 熱管的出口 流速 要大 于 4m/s，此時(shí)制冷 劑的 質(zhì)量流速一般為 vt 100Kg /(m2 k)左右，質(zhì)量流速越大， 制冷劑側(cè)和整體的換熱系數(shù)越高， 該假 定值后面會(huì)有校核)。單管程熱交換器的管程流通截面積：A t Gr0.38m2t vt1003.8 10 3 m2(4 6)單管程的管數(shù) :At3.8 10A50.8 10 -675(4 7)其中 A 為內(nèi)肋片管的流通

58、面積第 19 頁(yè) 共 60 頁(yè)24匹風(fēng)冷 /蒸氣壓縮雙冷源冷水機(jī)組設(shè)計(jì)Adi41 f di2228.2221 8.12 2 0.15 mm22250.8m m2為滿(mǎn)足熱計(jì)算所需的傳熱面積，取 n 75，則每根管子的長(zhǎng)度： F6L 3 3.12m (4 8) din8.12 10 3 75已知管程數(shù)為 ct 2 ，則每一程的換熱管長(zhǎng)： L 3.12L 1.56m (4 9)22 取整，則 L 1.5m 總管數(shù)nt ct n 75 2 150 根(4 10)實(shí)際的制冷劑質(zhì)量流速為：GrvtAn0.3850.8 75 10-62Kg /(m22s) 99.8Kg /(m2 s)與假設(shè)值 vt 100

59、Kg /(m2 s) 接近，故假設(shè)值合理。4.5 干式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4采用干式蒸發(fā)器，其結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)如圖 4.1 所示，傳熱管根據(jù) 設(shè)計(jì)選擇 9.52 內(nèi)微肋銅管，管束采用較為常見(jiàn)的等邊三角形設(shè)計(jì)排列，其具體 設(shè)計(jì)尺寸如下：管子排列方式 采用等邊三角形；換熱管中心距 s 1.3d 1.3 9.52 12.4mm ，設(shè)計(jì)時(shí)取 13mm；分程隔板槽處管中心距 sE 28mm ；其中換熱管管殼體外直徑設(shè)計(jì)：按照經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行粗略估算為：Ds (b 1)s 2b 171mm，根據(jù)國(guó)標(biāo)無(wú)縫鋼管選擇 Ds 219mm，壁厚 6mm， 內(nèi)徑 Di (219 12)mm 207mm 18

60、 ；其中b (1 - 1.5) d 0 14.28 ，d 0為管子外徑為 9.52mm ，b 是沿六邊形對(duì)角線 上的管數(shù)，根據(jù)管子按等邊三角形排列時(shí)計(jì)算： b 1.1 nt 13.5 ； 折流板缺口高度 h：h 0.25Ds 55mm ，折流板形式選用弓形折流板；第 20 頁(yè) 共 60 頁(yè)合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)管板厚度 折流板間距 折流板數(shù) 折流板厚度 上缺口高 下缺口高 上缺口管數(shù) 下缺口管數(shù) 管板與第一個(gè)折流板間距 最后一個(gè)折流板距與換熱管管端間距 殼體直徑附近的管數(shù)B 30mms1 0. 2D3s5m0mNb 24b 5mmH1 55mm H 25 5mmnb1 21 nb2 21 s