空调课程设计任务书

1、课程设计任务书姓名：张楠学号：011030119专业：建筑环境与设备工程课设描述一、课设题目：热交换器设计（去湿机用的蒸发器）二、结构型式：风冷管片式三、设计参数：a）制冷量：空气容积流量为4500m3/h ;去湿量为14kg/h;空气进 口温度为18C，相对湿度为0.65,冷凝温度为35C。b）结构参数：自选制冷剂：自选四、完成内容：a）交换器综述b）蒸发器设计计算c）提交计算程序及计算说明书一、热交换器综述（网络及文献）a）换热器的发展历史： 二十世纪20年代出现板式换热器，并应 用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因 此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺

2、旋板换热器。 接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热 器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳 式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热 问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于 空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热 器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进 一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的 需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基

3、础上又创制出热管式换热器。b）综合性描述：换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换 的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离， 这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂 所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填 充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换 热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以 及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄 热室。

4、这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热 量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他 型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管 式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面， 包括 板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换 热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器， 如 刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。换热器中流体的相对流向一般有顺

5、流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。 逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出 口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最 大顺流最小。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差 增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加 热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费， 故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体两者或其中一种有物相变化（沸腾或冷凝）时，由于 相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体 的进出口温度相等，这时两流体的温差就与

6、流体的流向选择无关了。 除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是 一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄 层（称为边界层），和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层， 金属壁的 热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系 数。但增加流体流速会使能量消耗增加， 故设计时应在减小热阻和降 低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的 形成，并定期清洗传热面。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于 制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏

7、体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低 温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外， 有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑 料换热器和玻璃换热器等。二、设计计算及程序/空气容积流量为4500m3/h，去湿量为14kg/h/空气进口温度t1=18 C，相对湿度为0.65/大气压力为1.013bar，制冷剂为R134a ,冷凝温度tk=35 C。#i nclude<iostream.h>#in clude<math.h>#defi ne pi 3.141592653#defi ne ei 2.71828doub

8、le ab=0;void mai n()/确定值R=1.2,/空气密度Ma=Mm*R/3600,空气质量流量t1=18,/入口空气干球温度x1=0.65,/入口空气相对湿度Pqb1=602.4*pow(10,7.45*t1/(235+t1),/入口空气水蒸气饱和分压力P=1.013e5,/大气压力d1=622*x1*Pqb1/(P-x1*Pqb1),/入口空气含湿量dm=15e3/3600,/除湿量d2=(d1*Ma-dm)/Ma,/ 出 口空气含湿量t3=35;/冷凝器出口制冷剂温度/假设值doublet2=7,/出口空气干球温度Pqb2=602.4*pow(10,7.45*t2/(235+

9、12),/ 出口空气水蒸气饱和分压力/查湿空气h-d图h仁39.6e3,/空气初态比焓h2=21.8e3,/空气终态比焓ts=4.5,/肋管外表面平均温度d0=10e-3./基管外径yp=0.35e-3./壁厚di=d0-2*yp,/基管内径yf=0.12e-3./肋片厚g=204./肋片导热系数e=2.5e-3,/肋片节距s1=25e-3,/管中心距s2=s1*si n(pi/3).a1=1.065,/求当量肋高时所需系数/空气侧va=2.5./迎面风速N=4,/沿气流方向肋管排数u=0.181e-4,/空气的动力黏度g1=0.026./空气的导热系数cp=1005,/空气的定压比热容c0=

10、1.1,/肋管错排时计算换热系数时所乘系数，一般为1.11.15,Rf=0.0003,/污垢热阻c3=1.5,/湿工况时流阻修正系数，查表4-14/制冷剂侧AA=0.37,/物性系数，见表4-7u1=2.02e-4,/制冷剂的动力黏度k1=1.0,/弯头局部阻力系数，无油时，0.81.0k2=0.126,/弯头摩擦阻力系数，无油时，0.094*R/di,R 为曲率半径nn=5./弯头数/不考虑制冷剂压降h3=250.0e3,/冷凝器出口比焓t4=t0./蒸发器入口温度h4=h3,/蒸发器入口比焓x4=0.22./蒸发器入口干度v4=0.0143,/蒸发器入口比容t5=t0,/蒸发器出口温度h5

11、=400.0e3,/蒸发器出口比焓x5=1,/蒸发器出口干度v5=0.0625./蒸发器出口比容x0=(x4+x5)/2, /平均干度v0=(v4+v5)/2; /平均比容/制冷负荷double p=Ma*(h1-h2);/每米肋管结构参数Af=(s1*s2-pi/4*d0*d0)*2*1/e,/肋片表面积Ap=1/e*pi*d0*(e-yf),/肋片间基管外表面积A=Af+Ap,/总外表面积Ai=pi*di,/内总表面积t=A/Ai,/肋化系数a=A/s1/1,/肋通系数E=(s1-d0)*(e-yf)/s1/e;/净断面比/所需制冷效率double n0=(h1-h2)/(h1-hs);c

12、out<<"制冷效率"<<n0«'n'/空气侧 doublev=va/E,/最小流通断面速度N1,i=1,aa,de;for(;i>0.05;N=N1)/肋片空气通道当量直径de=2*(s1-d0)*(e-yf)/(s1-d0)+(e-yf);/气流方向的肋片长度double L=N*s2;/计算雷诺数double Re=R*v*de/u;/计算系数与指数doublec1=1.36-0.00024*Re,c2=0.518-2.315e-2*L/de+4.25e-4*pow(L/de,2)-3e-6*pow(L/de,3

13、), n=-0.28+0.08*Re/1000,m=0.45+0.0066*L/de;/换热系数aa=c0*c1*c2*g1/de*pow(L/de, n)*pow(Re,m);/由公式4-36aN1=-log(1-n0)*cp*R*va/aa/a;i=(N1-N)/N1;if(i<0) i=-i;N=ceil(N);if(i nt(N)%2!=0) N=N+1;coutvv"沿气流方向肋管排数"v<Nvv'n'/迎风面积double fa=Ma/R/va;/总传热面积double A仁 fa*a*N;/求肋管外表面当量换热系数m=sqrt(2*

14、S*aa/yf/g),/肋片现状系数/当量肋高l=(a1*s1/2-d0/2)*(1+0.805*log(a1*s1/d0)/log(10).n f=ta nh(m*l)/m/l./肋片效率/当量换热系数aae=S*aa*( nf*Af+Ap)/A);/制冷剂侧 doubleq=p/(A1/t),/肋管内表面热流密度vm=110,/制冷剂质量流速，由q查表4-10t00,j=1, n;for(;j>0.1;t0=t00)/制冷剂循环量 double Mr=p/(h5-h4);/并列肋管路数 n=Mr/(pi/4*di*di*vm);n=floor( n);if(in t( n)%2=0)

15、 n=n+2;else n=n+1;vm=Mr/n/(pi/4*di*di);/管内制冷剂换热系数 ab=AA*pow(vm,0.4)*pow(q,0.4)/pow(di,0.6);double K=1/(1/aae+Rf+t/ab);/所需传热温差double tm=p/K/A1;t00=(t1-t2*pow(ei,(t1-t2)/tm)/(1-pow(ei,(t1-t2)/tm);j=(tOO-tO)/tOO;if(j<0) j=-j;tO=i nt(tO);coutvv"并列肋管路数"<<nvv'n'vv"蒸发温度"

16、;<<tO<<'n'<<"管内制冷剂换热系数"vvvm<v'n'vv" 肋管内表面热流密度"vvqvv'n'cout«"管内制冷剂换热系数"<<ab<<'n'/蒸发器主要结构参数doubleH=s1*n,/高度B=fa/H,/长度L=N*s2;/厚度cout«"高度"vvH<v'n'vv" 长度"<<B<&l

17、t;'n'<<"厚度"<<L<<'n'/管内制冷剂压降Re仁vm*di/u1./雷诺准则数f=0.037*pow(K1/Re1,0.25),/ 摩擦阻力系数pO=(f*B*( nn+1)/di+nn *(k1+k2)+2*(x5-x4)/x0)*v0*vm*vm/2;/空气侧阻力doublep1=0.07*L/de*pow(v,1.7),/ 干工况流阻p2=1.2*p1,/错排，阻力增加20%p3=c3*p2;/湿工况流阻cout«"制冷剂压降"<<p0<<endl<<"空气侧流阻"vvp3<vendl;二、计算结果制冷效率080543沿气流方向肋管排数:6析湿系数：1.61013当量换热系数：63.4683W/ (m?K)