制冷原理與設(shè)備的設(shè)計(jì)作業(yè)

1、課程論文專(zhuān) 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程 課程名稱(chēng)： 制冷原理與設(shè)備 姓 名： + 學(xué) 號(hào)： 0000000 聯(lián)系方式：指導(dǎo)教師： ss 題目名稱(chēng)： 制冷設(shè)備設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012年12月 2012 年 12 月 9日首先設(shè)計(jì)一臺(tái)采用R22制冷劑的熱泵型房間空調(diào)器，其額定制熱工況下的蒸發(fā)溫度為3，冷凝溫度為50，再冷度和過(guò)熱度分別為3和5，當(dāng)額定制熱量為28KW，壓縮機(jī)的總效率（imde）和容積效率（v）分別為為0.7和0.9（注：已將額定制熱量2800W擴(kuò)大10倍，改為28KW。）圖1-2根據(jù)條件，從r22壓焓圖（圖1-2）上可查出各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下表：狀態(tài)點(diǎn)溫度（）絕對(duì)

2、壓力（MPa）比焓（kJ/kg）比熵KJ/(kg·K)比容（m3/kg） 130.564061.750.0421 80.564101.760.043 2501.94181.690.0182 721.94411.760.016 3501.92631.210.00093 471.92601.200.0009 430.562031.010.00084 30.562601.220.012由上表計(jì)算可得：?jiǎn)挝毁|(zhì)量冷凝負(fù)荷 qk=h2-h3=441-260=181kJ/kg制冷劑質(zhì)量流量 Mr=kqk=28181=0.1547(kg/s)則制冷劑體積流量 Vr=Mr·v1=0.1547

3、×0.043=6.65×10-3(m3/s)壓縮機(jī)的理論輸氣量為 Vh=Vrv=6.65×10-30.9=7.39×10-3(m3/s)理論制熱 cop=h1-h4h2-h1·imde=410-260441-410×0.7=3.387(W/W)再以上述壓縮機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合廠(chǎng)家產(chǎn)品樣本（上網(wǎng)搜索，阿里巴巴或其鏈接），選擇一款實(shí)際的壓縮機(jī)確定容積效率、理論排氣量、壓縮機(jī)型號(hào)，計(jì)算壓縮機(jī)的總效率、軸功率、電機(jī)功率和系統(tǒng)COP值（附壓縮機(jī)的技術(shù)資料：型號(hào)、參數(shù)、外形尺寸圖、電氣原理圖）。 首先選擇壓縮機(jī)工作方式（活塞式壓縮機(jī)）根據(jù)以R22為制冷

4、劑的壓縮機(jī)排氣量為7.39×10-3（m3/s），上網(wǎng)查找壓縮機(jī)型號(hào)，確定型號(hào)為鑫奧BF-5PZ-001壓縮機(jī)。由其參數(shù)可知實(shí)際輸氣量Vh=26.84（m3/h),即7.46×10-3（m3/s）確定其容積效率為0.94，排氣量為7×10-3（m3/s）則壓縮機(jī)總效率為=0.69,確定指示效率i=0.96，摩擦效率m=0.85，傳動(dòng)效率d=0.96，電動(dòng)機(jī)效率e=0.88計(jì)算軸功率有 Pe=Pthim=Mr×h2-h1im=Vr×(h2-h1)v1im=0.007×（441-410）0.043×0.96×0.85=

5、6.18kw電機(jī)功率 Pth=Pthimd=Vr×(h2-h1)v1imd=0.007×（441-410）0.043×0.96×0.85×0.96=6.44kw系統(tǒng)COP COP=imdth=imdh1-h4h2-h1=0.96×0.85×0.96×410-260441-410=3.79w/w參數(shù)網(wǎng)址外形圖尺寸圖參數(shù)圖以冷凝溫度為40 （低冷凝壓力工況），重復(fù)計(jì)算系統(tǒng)性能參數(shù)。 冷凝溫度為40 ，根據(jù)R22壓焓圖（圖2-1），重新查得各點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)如下表 圖2-1 狀態(tài)點(diǎn)溫度（）絕對(duì)壓力（MPa）比焓（kJ/kg）比

6、熵KJ/(kg·K)比容（m3/kg） 130.564061.750.0421 80.564101.760.043 2401.64171.700.0152 601.64381.760.018 3401.62501.173 371.62461.16 430.562031.010.00084 30.562461.17由上表計(jì)算可得：?jiǎn)挝毁|(zhì)量冷凝負(fù)荷 qk=h2-h3=438-246=192kJ/kg制冷劑質(zhì)量流量 Mr=kqk=28192=0.1458(kg/s)則制冷劑體積流量 Vr=Mr·v1=0.1458×0.043=6.27×10-3(m3/s)壓縮

7、機(jī)的理論輸氣量為 Vh=Vrv=6.27×10-30.9=6.97×10-3(m3/s)理論制熱 cop=h1-h4h2-h1·imde=410-246438-410×0.7=4.1(W/W)計(jì)算軸功率有 Pe=Pthim=Mr×h2-h1im=Vr×(h2-h1)v1im=0.007×（438-410）0.043×0.96×0.85=5.59kw電機(jī)功率 Pth=Pthimd=Vr×(h2-h1)v1imd=0.007×（438-410）0.043×0.96×0.

8、85×0.96=5.82kw系統(tǒng)COP COP=imdth=imdh1-h4h2-h1=0.96×0.85×0.96×410-246438-410=4.59w/w在上面的基礎(chǔ)上選擇換熱器形式，進(jìn)行換熱器（冷凝器和蒸發(fā)器）的設(shè)計(jì)計(jì)算。冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算：冷凝器形式設(shè)計(jì)為臥式殼管冷凝器，冷卻水進(jìn)口溫度設(shè)計(jì)為t1=32。傳熱管采用紫銅肋管，f=384w/m·k，d0=13.124mm,d1=11.11mm，肋片外徑df=15.8mm，肋片厚度t=0.232mm，0=0.368mm，平均肋片厚度f(wàn)=0.33mm，肋片節(jié)距e=1.025mm。對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)

9、計(jì)算如下：1.計(jì)算肋管特性參數(shù)（以1m長(zhǎng)肋管計(jì)算）肋管水平部分面積Ap=d0(e-0)+dft·1000e=37660mm2=0.03766m2肋管垂直部分面積Af=（df2-d02)2·1e=0.118.62m2肋管總外表面積A=Ap+Af=0.15628m2肋化系數(shù)=A/Ai=4.48肋片當(dāng)量高度He=4·df2-d02df=3.85×10-3m基管平均表面積A=(d0+di)/2=0.0381m2則，。Af/A=0.759;Ap/A=0.141;A/A=4.12.確定冷卻水出口溫度t2設(shè)冷卻水進(jìn)出口溫差tw=5，即t2 =32+5=373.確定冷凝

10、溫度tk由第二章第2題確定其為tk=504.計(jì)算平均傳熱溫度tm=37-32ln50-3250-37=15.365.求冷卻水流量Mw=k/(Cp×tw×1000)=1.33kg/s6.概算所需傳熱面積Ac'假設(shè)熱流密度=13000w/m2,則Ac'=k/=2.15m27.初步規(guī)劃冷凝器結(jié)構(gòu)取管內(nèi)水流速度v等于2.5m/s，則每流程肋管數(shù)m為m=Mw/(4di2v)=5.49取m為6，則管束總長(zhǎng)等于nl=Ac'/(Am)=2.3m如流程數(shù)n取2，則冷凝管傳熱管有效長(zhǎng)度為2.3m，傳熱管總根數(shù)N=12根8.計(jì)算水側(cè)換熱系數(shù)aw=(1430+22×

11、;32+372)2.50.80.011112.2=1.1206×104w/(m2·k)9.計(jì)算制冷劑側(cè)冷凝換熱系數(shù)因?yàn)閠k=50，查物性表可得=0.0723w/m·k，=1082.3kg/m3r=154.19kJ/kg，u=0.123×10-3N·s/m2則13=32gru13=1.77×104則ac=0.65×(d0)13=2074w/(m2·k)其次，計(jì)算水平肋管外冷凝換熱系數(shù)m=2acf·f12=2×2074384×0.000312=190m-1l=df-d021+0.805lg

12、(dfd0)=0.00143m肋片效率f=th(ml)ml=0.97148肋片修正系數(shù)f=1.3f0.75·AfA(d0He)0.25+ApA=1.54ac·f=f·aC=1.55×2074=3215計(jì)算水平肋管束外冷凝換熱系數(shù)ac·f·z=z·ac·f=(0.6N0.5)-0.167×ac·f=2826w/(m2·k)10.實(shí)際的熱流密度'取污垢熱阻Rfou=0.86×10-4m2·k/wkc=12826+0.001384×4.1+(0.86&#

13、215;10-4+111206)×4.48-1=857w/m2·k則實(shí)際熱流密度=Kc×tm=13156w/m2實(shí)際熱流密度|，-|×100%=1.2%<5%11.計(jì)算實(shí)際傳熱面積，布置管束Ac=k/(kc×tm)=2.1m2保持上述的m=6，n=2，冷凝器的有效管長(zhǎng)l=Ac/(Amn)=1.12m蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算：蒸發(fā)器的形式設(shè)計(jì)為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器，設(shè)計(jì)將1.6kg/s的空氣，由干球溫度t1=23，相對(duì)濕度1=60%，冷卻到干球溫度t2=12，相對(duì)濕度2=90%。（一）確定制冷負(fù)荷以濕空氣h-d圖可查出空氣初始狀態(tài)點(diǎn)1的比焓h1=49

14、.8kJ/kg空氣的狀態(tài)點(diǎn)2的比焓h2=32.0kJ/kg，因此，制冷負(fù)荷為=Ma(h1-h2)=1.6×(49.8-32)=28.5kw(二)確定肋片管束形式采用連續(xù)整體套片，基管外徑d0=10mm，壁厚p=0.35mm的銅管；鋁肋片厚度f(wàn)=0.12mm，導(dǎo)熱系數(shù)=204w/(m·k)，肋片節(jié)距e=2.5mm，管束為正三角形排列，管中心距s1=25mm，s2=s1·sin60°,結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算如下：每米肋管長(zhǎng)的肋片表面積Af=(s1·s2-4d02)×2×1000e=(32s12-4d02)×2×10

15、00e=0.37m2/m每米肋管長(zhǎng)的肋片間基管外表面積Ap=1000e·d0(e-f)=0.0299m2/m每米肋管長(zhǎng)總外表面積A=Af+AP=0.3999m2/m每米肋管長(zhǎng)總內(nèi)表面積Ai=di=0.0292m2/m肋化系數(shù)=AAi=13.7肋通系數(shù)a=Afa=As1·1=15.996凈斷面比=(s1-d0)(e-f)s1·e=0.571（三）所需冷卻效率在濕空氣h-d圖上，將空氣初狀態(tài)點(diǎn)與終狀態(tài)點(diǎn)連成直線(xiàn)，其與相對(duì)濕度100%的交點(diǎn)，就是所需肋管外表面的平均狀態(tài)點(diǎn)S,ts=9.0，hs=27.0kJ/kg。因此，所需冷卻效率為=h1-h2h1-hs=49.8-3

16、2.049.8-27.0=0.78(四)計(jì)算空氣側(cè)的換熱系數(shù)1.設(shè)迎風(fēng)風(fēng)速va=2.5m/s，則最小流動(dòng)斷面的速度為v=vaq=2.50.571=4.38m/s2.設(shè)沿氣流方向肋管排數(shù)為N=63.計(jì)算肋片外表面的換熱系數(shù)肋片空氣通道的當(dāng)量直徑de=2(s1-d0)(e-f)(s1-d0)+(e-f)=4.11氣流方向的肋片長(zhǎng)度L=N·s2=6×25×sin60°=129.9mm計(jì)算雷諾數(shù)Re=e·v·deu=1.2×4.38×0.004110.187×10-4=1155計(jì)算系數(shù)與指數(shù) C1=1.36-0.

17、00024·Re=1.08C2=0.518-2.315×10-2·(Lde)+4.25×10-4(Lde)2-3×10-6(Lde)3=0.116 n=-0.28+0.08Re/1000=-0.188 m=0.45+0.00662/de=0.6584.校核肋管排數(shù)根據(jù)冷卻效率的公式有0.78=1-exp(-47.2×15.996×N'1000×1.2×2.5)=1-exp(-0.252N')所以N'=6.016排，與假設(shè)一致（五）初步確定迎風(fēng)面積和總體熱面積1.迎風(fēng)面積fa=Ma/

18、az(va)=1.6/(1.2×2.5)=0.53m22.總傳熱面積A=fa·a·N=0.53×15.996×6=50.9m2(六)計(jì)算傳熱系數(shù)1.求肋管外表面當(dāng)量換熱系數(shù)析濕系數(shù)=h1-h2cp(t1-t2)_=49.8-32.01×(23-12)=1.62肋片形狀參數(shù)m=(2aaff)0.5=(2×1.62×47.2204×0.00012)0.5=79.04當(dāng)量肋高 l=(ar-r0)(1+0.85lgaRr0) =(1.065×12.5-5)×(1+0.805lg1.065

19、15;12.55）=11.16mm肋片效率f=th(m·l)ml=0.8計(jì)算當(dāng)量換熱系數(shù)aa,e=·aa(f·Af+ApA)=1.62×47.2×0.99×0.37+0.02990.3999=62.3w/(m2·k)2.計(jì)算制冷劑側(cè)冷換熱系數(shù)肋管內(nèi)表面熱流密度=A/=28500×13.750.9=7671w/m2蒸發(fā)溫度為3，則制冷劑循環(huán)量為Mr=28.5441-260=0.1547kg/s根據(jù)肋管內(nèi)表面熱流密度，取制冷劑質(zhì)量流速vm=165kg/(m2·s)，則并列肋管的路數(shù)為n=0.15474

20、5;0.00932×165=13.8取n=14，管內(nèi)實(shí)際制冷劑質(zhì)量流速vm=159kg/(m2·s)求管內(nèi)制冷劑換熱系數(shù)ab=0.5×76710.4×1590.40.00930.6=2251w/(m2·k)3.取空氣側(cè)污垢熱阻Rf=0.0003計(jì)算傳熱系數(shù)K=162.3+0.0003+13.72251-1=44.6w/m2·k（七）空氣冷卻器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)蒸發(fā)器高度H=S1·n=13.8×0.025=0.345m蒸發(fā)器長(zhǎng)度B=fa/H=0.53/0.345=1.54m蒸發(fā)器厚度L=N·S1·sin60°=0.13m(八)管內(nèi)制冷劑壓力降沸騰準(zhǔn)則數(shù)K'=44di·vm·g=4×76710.0093×159×9.81=2115雷諾準(zhǔn)則數(shù)Re=vm·diu=159×0.00932.01×10-4=7357摩擦阻力系數(shù)f=0.037(K'Re)0.25=0.027平均干度為0.61，平均比容為0.0275m3/kg，彎頭5個(gè)局部