制冷原理与设备的设计作业

1、课程论文专 业： 热能与动力工程 课程名称： 制冷原理与设备 姓 名： + 学 号： 0000000 联系方式：指导教师： ss 题目名称： 制冷设备设计 设计时间： 2012年12月 2012 年 12 月 9日首先设计一台采用R22制冷剂的热泵型房间空调器，其额定制热工况下的蒸发温度为3，冷凝温度为50，再冷度和过热度分别为3和5，当额定制热量为28KW，压缩机的总效率（imde）和容积效率（v）分别为为0.7和0.9（注：已将额定制热量2800W扩大10倍，改为28KW。）图1-2根据条件，从r22压焓图（图1-2）上可查出各状态点参数如下表：状态点温度（）绝对

2、压力（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由上表计算可得：单位质量冷凝负荷 qk=h2-h3=441-260=181kJ/kg制冷剂质量流量 Mr=kqk=28181=0.1547(kg/s)则制冷剂体积流量 Vr=Mr·v1=0.1547

3、×0.043=6.65×10-3(m3/s)压缩机的理论输气量为 Vh=Vrv=6.65×10-30.9=7.39×10-3(m3/s)理论制热 cop=h1-h4h2-h1·imde=410-260441-410×0.7=3.387(W/W)再以上述压缩机为基础，结合厂家产品样本（上网搜索，阿里巴巴或其链接），选择一款实际的压缩机确定容积效率、理论排气量、压缩机型号，计算压缩机的总效率、轴功率、电机功率和系统COP值（附压缩机的技术资料：型号、参数、外形尺寸图、电气原理图）。 首先选择压缩机工作方式（活塞式压缩机）根据以R22为制冷

4、剂的压缩机排气量为7.39×10-3（m3/s），上网查找压缩机型号，确定型号为鑫奥BF-5PZ-001压缩机。由其参数可知实际输气量Vh=26.84（m3/h),即7.46×10-3（m3/s）确定其容积效率为0.94，排气量为7×10-3（m3/s）则压缩机总效率为=0.69,确定指示效率i=0.96，摩擦效率m=0.85，传动效率d=0.96，电动机效率e=0.88计算轴功率有 Pe=Pthim=Mr×h2-h1im=Vr×(h2-h1)v1im=0.007×（441-410）0.043×0.96×0.85=

5、6.18kw电机功率 Pth=Pthimd=Vr×(h2-h1)v1imd=0.007×（441-410）0.043×0.96×0.85×0.96=6.44kw系统COP COP=imdth=imdh1-h4h2-h1=0.96×0.85×0.96×410-260441-410=3.79w/w参数网址外形图尺寸图参数图以冷凝温度为40 （低冷凝压力工况），重复计算系统性能参数。 冷凝温度为40 ，根据R22压焓图（图2-1），重新查得各点状态参数如下表 图2-1 状态点温度（）绝对压力（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由上表计算可得：单位质量冷凝负荷 qk=h2-h3=438-246=192kJ/kg制冷剂质量流量 Mr=kqk=28192=0.1458(kg/s)则制冷剂体积流量 Vr=Mr·v1=0.1458×0.043=6.27×10-3(m3/s)压缩

7、机的理论输气量为 Vh=Vrv=6.27×10-30.9=6.97×10-3(m3/s)理论制热 cop=h1-h4h2-h1·imde=410-246438-410×0.7=4.1(W/W)计算轴功率有 Pe=Pthim=Mr×h2-h1im=Vr×(h2-h1)v1im=0.007×（438-410）0.043×0.96×0.85=5.59kw电机功率 Pth=Pthimd=Vr×(h2-h1)v1imd=0.007×（438-410）0.043×0.96×0.

8、85×0.96=5.82kw系统COP COP=imdth=imdh1-h4h2-h1=0.96×0.85×0.96×410-246438-410=4.59w/w在上面的基础上选择换热器形式，进行换热器（冷凝器和蒸发器）的设计计算。冷凝器设计计算：冷凝器形式设计为卧式壳管冷凝器，冷却水进口温度设计为t1=32。传热管采用紫铜肋管，f=384w/m·k，d0=13.124mm,d1=11.11mm，肋片外径df=15.8mm，肋片厚度t=0.232mm，0=0.368mm，平均肋片厚度f=0.33mm，肋片节距e=1.025mm。对其进行参数设计

9、计算如下：1.计算肋管特性参数（以1m长肋管计算）肋管水平部分面积Ap=d0(e-0)+dft·1000e=37660mm2=0.03766m2肋管垂直部分面积Af=（df2-d02)2·1e=0.118.62m2肋管总外表面积A=Ap+Af=0.15628m2肋化系数=A/Ai=4.48肋片当量高度He=4·df2-d02df=3.85×10-3m基管平均表面积A=(d0+di)/2=0.0381m2则，。Af/A=0.759;Ap/A=0.141;A/A=4.12.确定冷却水出口温度t2设冷却水进出口温差tw=5，即t2 =32+5=373.确定冷凝

10、温度tk由第二章第2题确定其为tk=504.计算平均传热温度tm=37-32ln50-3250-37=15.365.求冷却水流量Mw=k/(Cp×tw×1000)=1.33kg/s6.概算所需传热面积Ac'假设热流密度=13000w/m2,则Ac'=k/=2.15m27.初步规划冷凝器结构取管内水流速度v等于2.5m/s，则每流程肋管数m为m=Mw/(4di2v)=5.49取m为6，则管束总长等于nl=Ac'/(Am)=2.3m如流程数n取2，则冷凝管传热管有效长度为2.3m，传热管总根数N=12根8.计算水侧换热系数aw=(1430+22×

11、;32+372)2.50.80.011112.2=1.1206×104w/(m2·k)9.计算制冷剂侧冷凝换热系数因为tk=50，查物性表可得=0.0723w/m·k，=1082.3kg/m3r=154.19kJ/kg，u=0.123×10-3N·s/m2则13=32gru13=1.77×104则ac=0.65×(d0)13=2074w/(m2·k)其次，计算水平肋管外冷凝换热系数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肋片修正系数f=1.3f0.75·AfA(d0He)0.25+ApA=1.54ac·f=f·aC=1.55×2074=3215计算水平肋管束外冷凝换热系数ac·f·z=z·ac·f=(0.6N0.5)-0.167×ac·f=2826w/(m2·k)10.实际的热流密度'取污垢热阻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则实际热流密度=Kc×tm=13156w/m2实际热流密度|，-|×100%=1.2%<5%11.计算实际传热面积，布置管束Ac=k/(kc×tm)=2.1m2保持上述的m=6，n=2，冷凝器的有效管长l=Ac/(Amn)=1.12m蒸发器设计计算：蒸发器的形式设计为直接蒸发式空气冷却器，设计将1.6kg/s的空气，由干球温度t1=23，相对湿度1=60%，冷却到干球温度t2=12，相对湿度2=90%。（一）确定制冷负荷以湿空气h-d图可查出空气初始状态点1的比焓h1=49

14、.8kJ/kg空气的状态点2的比焓h2=32.0kJ/kg，因此，制冷负荷为=Ma(h1-h2)=1.6×(49.8-32)=28.5kw(二)确定肋片管束形式采用连续整体套片，基管外径d0=10mm，壁厚p=0.35mm的铜管；铝肋片厚度f=0.12mm，导热系数=204w/(m·k)，肋片节距e=2.5mm，管束为正三角形排列，管中心距s1=25mm，s2=s1·sin60°,结构参数设计计算如下：每米肋管长的肋片表面积Af=(s1·s2-4d02)×2×1000e=(32s12-4d02)×2×10

15、00e=0.37m2/m每米肋管长的肋片间基管外表面积Ap=1000e·d0(e-f)=0.0299m2/m每米肋管长总外表面积A=Af+AP=0.3999m2/m每米肋管长总内表面积Ai=di=0.0292m2/m肋化系数=AAi=13.7肋通系数a=Afa=As1·1=15.996净断面比=(s1-d0)(e-f)s1·e=0.571（三）所需冷却效率在湿空气h-d图上，将空气初状态点与终状态点连成直线，其与相对湿度100%的交点，就是所需肋管外表面的平均状态点S,ts=9.0，hs=27.0kJ/kg。因此，所需冷却效率为=h1-h2h1-hs=49.8-3

16、2.049.8-27.0=0.78(四)计算空气侧的换热系数1.设迎风风速va=2.5m/s，则最小流动断面的速度为v=vaq=2.50.571=4.38m/s2.设沿气流方向肋管排数为N=63.计算肋片外表面的换热系数肋片空气通道的当量直径de=2(s1-d0)(e-f)(s1-d0)+(e-f)=4.11气流方向的肋片长度L=N·s2=6×25×sin60°=129.9mm计算雷诺数Re=e·v·deu=1.2×4.38×0.004110.187×10-4=1155计算系数与指数 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.校核肋管排数根据冷却效率的公式有0.78=1-exp(-47.2×15.996×N'1000×1.2×2.5)=1-exp(-0.252N')所以N'=6.016排，与假设一致（五）初步确定迎风面积和总体热面积1.迎风面积fa=Ma/

18、az(va)=1.6/(1.2×2.5)=0.53m22.总传热面积A=fa·a·N=0.53×15.996×6=50.9m2(六)计算传热系数1.求肋管外表面当量换热系数析湿系数=h1-h2cp(t1-t2)_=49.8-32.01×(23-12)=1.62肋片形状参数m=(2aaff)0.5=(2×1.62×47.2204×0.00012)0.5=79.04当量肋高 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计算当量换热系数aa,e=·aa(f·Af+ApA)=1.62×47.2×0.99×0.37+0.02990.3999=62.3w/(m2·k)2.计算制冷剂侧冷换热系数肋管内表面热流密度=A/=28500×13.750.9=7671w/m2蒸发温度为3，则制冷剂循环量为Mr=28.5441-260=0.1547kg/s根据肋管内表面热流密度，取制冷剂质量流速vm=165kg/(m2·s)，则并列肋管的路数为n=0.15474

20、5;0.00932×165=13.8取n=14，管内实际制冷剂质量流速vm=159kg/(m2·s)求管内制冷剂换热系数ab=0.5×76710.4×1590.40.00930.6=2251w/(m2·k)3.取空气侧污垢热阻Rf=0.0003计算传热系数K=162.3+0.0003+13.72251-1=44.6w/m2·k（七）空气冷却器的主要结构参数蒸发器高度H=S1·n=13.8×0.025=0.345m蒸发器长度B=fa/H=0.53/0.345=1.54m蒸发器厚度L=N·S1·sin60°=0.13m(八)管内制冷剂压力降沸腾准则数K'=44di·vm·g=4×76710.0093×159×9.81=2115雷诺准则数Re=vm·diu=159×0.00932.01×10-4=7357摩擦阻力系数f=0.037(K'Re)0.25=0.027平均干度为0.61，平均比容为0.0275m3/kg，弯头5个局部