冷水機(jī)組設(shè)計(jì)實(shí)例

1、冷水機(jī)組設(shè)計(jì)儲(chǔ)云霄熱能070221設(shè)計(jì)任務(wù)：中央空調(diào)用制冷量為50kW的水冷螺桿式冷水機(jī)組，制冷劑R410a工況確定根據(jù)表4-7和表4-11等確定：冷媒水進(jìn)口溫度t12C，出口溫度t7C，蒸發(fā)溫度t2C；s1s20冷卻水進(jìn)口溫度t32C,出口溫度t37C,冷凝溫度t40C；w1w2k吸氣溫度7C（采用熱力膨脹閥時(shí)，蒸發(fā)器出口氣體過(guò)熱度35C）,過(guò)冷度5C（單級(jí)壓縮系統(tǒng)中，節(jié)流前液體的過(guò)冷是在冷凝器中實(shí)現(xiàn)的，一般取過(guò)冷度為5C）。熱力計(jì)算制冷循環(huán)熱力狀態(tài)參數(shù)見(jiàn)表1，熱力性能指標(biāo)計(jì)算見(jiàn)表2。表1制冷循環(huán)的Igp-h圖及熱力狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)符號(hào)單位參數(shù)值5C20Po102kPa&5hokJ/kg421

2、.79IgpJk5C7上_4f1vim3/kg0.03178421hikJ/kg427.132s5sC61.6hkJ/kg456.61丄丄2s566.4O制冷循環(huán)的lgp-h4h圖2P2102kPa24.19h2kJ/kg462.745C35h4kJ/kg257.11表2熱力性能指標(biāo)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式單位計(jì)算值備注單位質(zhì)量制冷量qh一h015kJ/kg170.02單位體積制冷量qq/vv1kJm35350單位指示功wh一hi21kJ/kg35.57單位冷凝熱kJ/kg205.6制冷劑質(zhì)量流量qm即q0Kg/s0.29壓縮機(jī)理論排氣量qqv/,hm1m3s0.0123取,0.75制冷系數(shù)8q,，w

3、i0i4.78卡諾循環(huán)制冷系數(shù)8T(T-T)c0，k07.25熱力完善度8/8ic0.66壓縮機(jī)輸入電功率kW13.33取0.90mmmot0.86mot冷凝器負(fù)荷kW59.6能效比EERQ:p03.75壓縮機(jī)選擇在實(shí)際工況所需冷負(fù)荷已知的情況下，螺桿壓縮機(jī)理論輸氣量為V44m2h。據(jù)此p選擇開(kāi)利渦普單螺桿壓縮機(jī)，型號(hào)XXX，該壓縮機(jī)理論排氣量為VXxxm2h。p此壓縮機(jī)在實(shí)際工況下的制冷劑流量為：qxxxkgs，實(shí)際工況下的制冷量為XmXXkW.。相對(duì)誤差為：A=xxx。因此，此壓縮機(jī)選擇滿足要求。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)器機(jī)構(gòu)的初步規(guī)劃本系統(tǒng)采用干式管殼蒸發(fā)器，結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃如圖1所示。傳熱管選

4、取012X1mm銅管，管束按正三角形排列，管距取16mm，殼體內(nèi)徑d=308mm，流程數(shù)N=4,總管數(shù)Z=116,i則每一流程平均管數(shù)Zm=29，管長(zhǎng)L=1960mm,折流板數(shù)Nb=19,折流板間距S1=130mm,S2=85mm,管板厚32mm，折流板厚竹5mm，折流板上缺口高H=64mm,折流板下缺口高H2=59mm，上缺口內(nèi)含管數(shù)n16，下缺口內(nèi)含管數(shù)n14，殼體直徑附近含2b1b2管數(shù)n8。b3蒸發(fā)器外側(cè)總面積:A，dNZ(L-28)，3.14160.012429(1.96-20.032)，8.29m210mB有效傳熱面積:A，dNZ(L-28-N8)，3.14160.012429(1

5、.96-20.032-190.005)，7.88m21c0mBbb計(jì)算管外水的換熱系數(shù)用下標(biāo)f表示管外冷水的參數(shù)，首先計(jì)算平均水流速度5。2S+18S20.13+180.085門(mén)“門(mén)折流板平均間距S為：s=12=0.199mTOC o 1-5 h zN181b3橫向流通面積：A，S(d-nd)，(0.308-190.012)0.199，15.910-3m2cib30 HYPERLINK l bookmark20Q50橫向流速為：0，2.410-3m3/su，紅-2.410-3-0.151m/scA15.910-3cv,fp-c(tt)10004.187(127)fp,fs1s2折流板上下缺口面

6、積為;Ab1,仁D2-4邛化,0.0095m2A，KD2-1nd2，0.0084m2b2b2i4b20其中，Kb為折流板缺口面積系數(shù)，按表2選取。表2折流板缺口面積折合系數(shù)KbH/Di0.150.200.250.300.350.400.45Kb0.07390.1120.1540.1980.2450.2930.3434上下缺口面積平均值：a-(A+A)0.009m2b2b1b2u1縱向流速為：uivf0.0024-0.27m/sbA0.009b橫向截面上流速uc與折流板缺口處的縱向流速ub的幾何平均值片為:44冷凍水平均溫度：t(t+1)/29.59fs1s2查表得，該溫度下水的物性參數(shù)：Pr9

7、.693；,0.5729W/(mK)；=1.33x10-6m2/s；c=4192J/(kgK),fffpdu在定性溫度下雷諾數(shù)為：Re1815.6，則管外冷媒水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：f,05729a0.22-fRe0.6Pr0.33=0.22xx1815.60.6x9.6930.33=2005.7W/(m2K)fdff0.0120計(jì)算管內(nèi)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用下標(biāo)w表示管內(nèi)制冷劑系數(shù)。假設(shè)按內(nèi)側(cè)傳熱表面Ai計(jì)算的熱流密度q4000W/m2(該假設(shè)將在后面檢驗(yàn))，則管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)：-578aq0-6v0-25/.8aimd0.2i其中，a是與制冷劑性質(zhì)及蒸發(fā)溫度有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表3。因?yàn)関mqm,ri兀

8、d2iqm兀d27Z4m3.141640.29x0.012x29127kg/(m2s)表3系數(shù)a值to/cax10-2R22R142R410a-301.641.001.32-102.021.261.64+102.541.552.05查得，a=0.018944q0.6v0.21270.2則：a57.8aim57.8x0.0189xq0.67.234q0.6wd0.20.010.2ia由q確定。w1計(jì)算阻力及傳熱溫差、亠卄,4q4,0.29,0.03178“/制冷劑飽和蒸汽流速為：Um405m/spZ兀d229,3.1416,0.012miud飽和蒸汽雷諾數(shù)為：Re卜7.7，104摩擦阻力系數(shù)為：

9、f0.3164Re-0.250.0190制冷劑飽和蒸汽沿程阻力為：1A111ApfN-u2p0.0190,4,-,4.052,-14637.9Pard20.0120.03178i兩相流動(dòng)制冷劑沿程阻力：Ap8AplRr式中，匕為兩相流動(dòng)時(shí)的阻力換算系數(shù)，與制冷劑種類和質(zhì)量流速有關(guān)，對(duì)R410a可R按表4查取。表4兩相流動(dòng)R410a匕r值up/(kg-m2-s-1)406080100150200300400R0.530.5870.6320.670.750.820.981.2已知t2時(shí)，p32.58kg/m3，查表=0.721貝V：ApeAp10555.70RlRr實(shí)驗(yàn)表明，沿程阻力為總阻力的20

10、%50%，總阻力可寫(xiě)為：Ap=（25）Ap，本設(shè)計(jì)il中，總阻力Ap3Ap31.67kPail對(duì)數(shù)平均溫差：AtI扌7.21Cmt-tIn0-t-ts20計(jì)算熱流密度及傳熱系數(shù)1nTdwdz(+R+亠+(+R)d2d入d4000，假定成立。則有：Aq=q=rq0Aidi00d=4465W/m211dd1(+R)0+0+(+R)ad2d入dad1二619.3W/(m2-K)im計(jì)算傳熱面積根據(jù)q得所需傳熱面積FlcalQ=6.3m2q0考慮到蒸發(fā)器出口處制冷劑過(guò)熱度的影響，所需傳熱面積為Flreq=7.6m2lcal(1,120.00112(1,+0.09x10-3x+x+0.045x10-3、

11、7.234q0.6丿1038011(2005.7丿10.00065445+0.1659q0.6按內(nèi)側(cè)表面計(jì)算的熱流密度與按外側(cè)表面計(jì)算的熱流密度關(guān)系為：Ad=0q=0KAtA0d1mii與初步規(guī)劃所定的有效傳熱面積相比，誤差只有3.5%，故初步規(guī)劃是合理的。冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算管型選擇選用016X1.5mm的紫銅管軋制的低翅片管為內(nèi)管，如圖2所示。其管型參數(shù)：翅節(jié)距Sf=1.25mm,翅厚10，水在管內(nèi)為湍流，水則表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):h二0.023Reo.8Pro.4二9059.8W/(m2K)w,idffib.氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)根據(jù)管排布置，管排修正系數(shù)計(jì)算：s=0.788。n根據(jù)所選管型，可查

12、得增強(qiáng)系數(shù)3=1.384。在冷凝溫度Tk=40C時(shí)，B=1446.1。計(jì)算氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：h=0.725Bd0.25ps(T一t)0.25k,obnkw,o=0.725,1446.1,0.012860.25,1.384,0.7886-0.25=38506-0.2500t-t對(duì)數(shù)平均溫差：t=w1w=51Cmt-tlnw2t-tkw1取水側(cè)污垢系數(shù)站0.000086（趾）他計(jì)算熱流密度qo:q=h=38500.750k,o00q二1172,(5.1-6)00經(jīng)試算得，當(dāng)6=1.23C時(shí)，兩式q誤差已經(jīng)很小，q=4497W/m2,計(jì)算實(shí)際所需換000熱面積：=13.2m2Q_59600of44970初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際布置冷凝器傳熱面積為13.2m2，與計(jì)算面積相當(dāng)，實(shí)際應(yīng)適當(dāng)增大以作為富裕量，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所布置的冷凝傳熱面積能滿足負(fù)荷傳熱要求。連接管管徑計(jì)算取冷卻水在進(jìn)行水接管中流速為u=1m/s，則進(jìn)出水接管管內(nèi)徑為：4X000287二0.060m根據(jù)無(wú)縫鋼管規(guī)格，選取063.5X4mm無(wú)縫鋼管進(jìn)出水接管?？紤]到臥式管殼式冷凝器的進(jìn)氣接管管徑與所配制冷壓縮機(jī)的排氣管管徑相同，取045X2.5mm鋼管為出液接管。節(jié)流閥的選擇選用熱力膨脹閥。本