空气源热水器设计报告书

1、精选优质文档-倾情为你奉上空气源热水器一：基本参数气象参数 贵阳（冬天）平均气温10 进水温度：10 出水温度：55 进出水管DN25 直流式 260/h 制冷剂为R22 压缩机为涡旋式 电源规格：220V-50Hz二：设计选型1初步设计1 设计参数和装置结构的约定由基本参数选择单机压缩式热泵，水通过冷凝器一次性加热到55，热泵工质的蒸发冷凝温度分别为5、60，蒸发器为翅片管式，节流部件选用毛细管。基于上述约定的基本型空气源热水器装置示意图如下：压缩机蒸发器10655515毛细管50 冷凝器R22热水箱热水箱 基本型空气源热泵热水装置示意图进水温度Ti=10,出水温度To=55,定性温度Tm=

2、32.5,工作压力0.4Mpa,流量M1=0.072/s.R22侧冷凝温度Tc=60,压力Pc=2.428Mpa;蒸发温度Te=5,Pe=0.584Mpa。查物性表知水及R22的物性参数如下表。 项目单位数值水参数密度1/m³995比热Cp1KJ/(·)4.1786导热系数1W/(m·k)0.6196粘度1Pa·s0.R22液相参数(60饱和)密度2y/m³1030.3842比热Cp2yKJ/(·)1.5392导热系数2yW/(m·k)0.067粘度2yPa·s0. R22气相参数（60饱和）密度2v/m³

3、;111.5914比热Cp2vKJ/(·)1.2872导热系数2vW/(m·k)0.016粘度2vPa·s0.R22(5)比焓hevKJ/408.3R22(60)比焓hclKJ/275.82 各部件的确定 压缩机的确定 热泵工作时的热水产率应不小于260L/h,则热水加热所需的热量至少为：Qc=M1*Cp1*(To-Ti)=0.072*4.1786*(55-10)=13.53kW. 由此可选用制热量为17.4kW,功率为5.0kW的涡旋式压缩机，热泵工质从蒸发器中的吸热量为Qe=17.4-5.0=12.4kW. 冷凝器的确定管路及冷凝器等部位的热损失较小，冷凝器的

4、传热量约等于压缩机的制热量，即Qc=17.4kW，选取冷凝器的传热系数K=235W/（*K）,冷凝器中工质与水的对数平均温差:tm=tmax-tminlntmaxtmin=60-10-(60-55)ln(60-10)(60-55)=19.5 进而求得冷凝器的传热面积为：Fc=QcKc*tm=3.79 蒸发器的确定传热量Qe=12.4kW,取蒸发器的传热系数为Ke=35W/(*K)。蒸发器进口侧工质与空气传热温差为tmax=10-5=5,出口侧工质与空气的传热温差为tmin=6-5=1,蒸发器中工质与水的对数平均温差为：tme=tmax-tminlntmaxtmin=5-1ln51=2.5 进而

5、求得蒸发器的传热面积为：Fe=QeKe*tme=141.7 毛细管单位质量热泵工质流经蒸发器时的吸热量为:qe=hev-hel=408.3-275.8=132.5 KJ/=132.5J/g 则热泵中R22的质量流量为：M2=.5=93.6g/s 热泵工质的冷凝温度为60，冷凝压力为Pc=2.428Mpa；蒸发温度为5，蒸发压力为Pe=0.584Mpa,冷凝压力与蒸发压力之差为： P=Pc-Pe=2.428Mpa-0.584Mpa=1.844 Mpa 取毛细管内径D=2.0mm,可得到毛细管的长度L: L=19.41*P*D4.746M21.751=19.41*1.844*24.74693.61

6、.751=0.34m 压缩机的排气温度设压缩机出口处热泵工质的焓为hco,则有Qc=M2*(hco-hcl)可得： hco=hcl+QcM2=275.8+17.40.0936=461.7 KJ/又已知压缩机出口处热泵工质的压力约等于冷凝压力2.428Mpa,查表可得压缩机出口处热泵工质的温度为：101.2冷凝器设计计算（1） 管壳式冷凝器计算表格如下：R22走壳程，水走管程项目单位计算过程或来源结果备注流体基本物性参数R22的冷凝温度Tc设定60R22的蒸发温度Te设定5水的进口温度Ti已知10水的出口温度To已知55水的定性温度Tm(Ti+To)/2=(10+55)/232.5管的壁面温度T

7、w58选定壳程凝液膜定性温度Tb(Tc+Tw)/2=(60+58)/259水的流量M1/s已知0.072水的密度1/m³查物性表995水的比热Cp1KJ/(Kg·K)查物性表4.1789水的导热系数1W/(m·K)查物性表0.6196水的动力粘度µ1Pa·s查物性表0.水的运动粘度1/s查物性表0.水的普兰德数Pr1Pr1=Cp1*µ1/1=(4178.9*0.)/0.61965.1凝液膜的密度2/m³查物性表1035.9凝液膜的比热Cp2KJ/(Kg·K)查物性表1.5245凝液膜的动力粘度µ2Pa&#

8、183;s查物性表0.凝液膜的运动粘度2/s查物性表0.凝液膜的导热系数2W/(m·K)查物性表0.0675选型计算水所需要的热量QkWQ=M1*Cp1*(To-Ti)=0.072*4.1786*(55-10)13.5kW冷凝器的传热量QckW选定压缩机制热量17.4kW近似等于压缩机的制热量冷凝器侧对数平均温差tmtm=tmax-tminlntmaxtmin=Tc-Ti-(Tc-To)ln(Te-Ti)(Te-To) =60-10-(60-55)ln(60-10)(60-55)19.5初定传热系数KW/(·K)选取235水速度小估传热面积FcQc/(K*tm)=17400

9、/(235*19.5)3.79选型计算管程管子内径dim选取铜管0.01管程管子外径dom选取铜管0.012水的流速wm/s0.05选取每程流通截面积AiAi=M1/(w*1)=0.072/(0.05*995)0.每程管数n个n=4*Ai/(di2*)=4*0./（0.012*3.1416）=18.493 选取1919取3.1416管程数目Zt程选取4总管子数Nt个Nt=4*n=4*1976管长lml=Fc/(4*do*19)=3.79/(4*3.1416*0.012*19)1.323取3.1416管子排列方式正三角形见附图管中心距smm查标准16分程隔板槽处管中心距lemm查标准30平行于流

10、向的管距spmmsp=sCos30° =16*Cos30°13.9垂直于流向的管距snmmsn=sSin30° =16*Sin30°8 管束中心至最外层管中心距离m（0.032+0.0652）0.由附图算出管束外圆直径DlmDl=2*0.07866+0.0120.壳体内经DsmDs=Dl+2b3;b3=0.25do=0.003<0.008Ds=0.+2*0.0080.长径比l/Ds=1.323/0.7.5合理管程计算管程接管直径Dnmm已知25管程雷诺数Re1Re1=(w*di)/ 1 =(0.05*0.01)/0.657.1管程换热系数1W/(&

11、#183;K)1=1.861di(Re1*Pr1)1/3(dil)1/3 =1.860.61960.01(657*5.1)1/3(0.011.32)1/3355.53取1.05流体加热取1.05，冷却取0.95壳程计算凝液膜的汽化潜热KJ/Kg查物性表140.497壳程BmBm=(9.812232)1/4 =(9.81*1035.9*0.)1/473.74平均管排数nm排nm=(746*20.75+8*40.75+5*60.75)44.14制冷装置与原理（郑 139页壳程计算管簇修正系数nn=1nm0.167=14.140.1670.7889壳程换热系数2W/(·K)2=0.720.

12、25Bm(Tc-Tw)0.25d00.25n=0.72*140.4970.25*73.74* (60-58)0.25*0.0120.25*0.78892060.21制冷装置与原理(郑贤德2版)140页精确计算铜管的厚度m选取的铜管参数0.001铜管的导热系数cuW/(m·K)选取的铜管参数401查中文版传热传质学R22侧污垢热阻Rs·0(·K)/W查参数表0.00017换热器原理与设计（史中美4版293页）水侧污垢热阻Rs·i(·K)/W查参数表0.00017换热器原理与设计（史中美4版292页）传热系数KW/(·K)K=(12+Rs

13、·0+Rs·id0di+cu+11d0di)-1=(12060.21+0.00017+0.00017* 0.0120.01+1355.53*0.0120.01)-1236.0086实际所需传热面积FcFc=QcK*tm=.008*19.53.77满足管程阻力计算范宁摩察系数fi16/Re10.0243换热器原理与设计(史美中2版69页2.35)沿程阻力PiPaPi=4fildiw221 =4*0.0243*1.320.01*995*0.0522* 11.0515.3换热器原理与设计(史美中2版69页)回弯阻力PrPaPr=4w22Zt =4*995*0.0522*419.9

14、换热器原理与设计(史美中2版70页)进出口接管阻力PnPaPn=1.5w22 =1.5*998*0.232239.6同上，进出水接管内=998，w=0.23m/s管程总的阻力PPaP=Pi+Pr+Pn74.75满足附图：管束排列截面图图中每一个顶点都为一根管子的中心，总共74根管子，壳径175.733mm. 10排，19列，其中6列2排、8列4排、5列6排，平均管排数为4.14。（2）板翅式冷凝器计算表格如下：项目单位计算过程或来源计算结果备注流体的基本物性参数R22的质量流量M2g/s已计算93.6上一步内R22的定性温度Tc已设定60R22液相密度yKg/m³查物性表1030.3

15、8R22液相比热CpyKJ/(Kg·K)查物性表1.5392R22液相导热系数yW/(m·K)查物性表0.067R22液相动力粘度yPa·s查物性表0.R22液相运动粘度y/s查物性表0.R22液相普兰德数PryPry=Cpy*µy/y =(1539.2*0.)/0.0672.5R22气相密度vKg/m³查物性表111.59R22气相比热CpvKJ/(Kg·K)查物性表1.2872R22气相导热系数yW/(m·K)查物性表0.016流体的基本物性参数R22气相动力粘度vPa·s查物性表0.R22气相运动粘度v/s查

16、物性表0.R22气相普兰德数PrvPrv=Cpv*µv/v =(1287.2*0.)/0.0161.2重力加速度gm/s2当地9.8经验选取水的进口温度Ti已知10水的出口温度To已知55水的定性温度Tm(Ti+To)/2=(10+55)/232.5水的流量M1/s已知0.072水的密度1/m³查物性表995水的比热Cp1KJ/(Kg·K)查物性表4.1789水的导热系数1W/(m·K)查物性表0.6196水的动力粘度µ1Pa·s查物性表0.水的运动粘度1/s查物性表0.水的普兰德数Pr1Pr1=Cp1*µ1/1=(4178

17、.9*0.)/0.61965.1R22的汽化潜热yKJ/Kg查物性表140.497板翅的参数与板翅的材料选取铝铝的导热系数AlW/(m·K)查物性表237隔板的厚度hm查标准选取0.001翅片的形式查标准选取平直型翅片高hfm查标准选取0.0095翅片厚fm查标准选取0.0002翅片间距sfm查标准选取0.0017当量直径dem查标准选取0.00258单层通道自由截面积ai查标准选取0.00821有效宽度为1m时的单层通道传热面积Fi查标准选取12.7有效宽度和有效长度均为1m时翅片内高ymy=hf-f=0.0095-0.00020.0093翅片内距xmx=sf-f=0.0017-0

18、.00020.0015板束宽Wom选取0.33封条宽度bm标准0.015有效板束宽WmW=Wo-2b=0.33-2*0.0150.3单层通道有效截面积AiAi=0.3ai=0.3*0.008210.单层通道有效传热面积AsAs=0.3Fi=0.3*12.73.81长度为1m时单层一次有效传热面积AbAb=x/(x+y)*As =0.0015/(0.0015+0.0093)*3.810.53长度为1m时通道选取单层二次有效传热面积AfAf=y/(x+y)*As =0.0093/(0.0015+0.0093)*3.813.28长度为1m时R22侧N2详见附图5通道一通道水一通道R22再一通道水水侧

19、N16通道两侧对流换热系数计算R22气相流量MvKg/hMv=M2*3.6=93.6*3.6336.96R22单层通道进口气相流量gvKg/(·h)gv=Mv/(N2*Ai) =336.96/(5*0.)27375.48R22单层通道平均气相流量gmKg/(·h)gm=gv3=27375.48315805.24R22侧雷诺数Re2Re2=(gv*de)/(3600*v) =(27375.48*0.00258)/(3600* 0.)656R22侧换热系数2W/(·K)2=0.gm(Cpyyy2yv)0.5Re2-0.2762=0.*15805.24* (1.5392

20、*1030.38*0.0672*0.*111.59)0.5*656-0.276276.07换热器设计手册（钱颂文 395页）水侧单层通道流量g1Kg/(·s)g1=M1/(N1*Ai) =0.072/(6*0.)4.87水侧的雷诺数Re1Re1=(g1*de)/1 =(4.87*0.00258)/ 0.16.6水侧传热因子jj=Exp0.lnRe12-1.91031lnRe1+3.211=Exp(0.*ln16.62- 1.91031*ln16.6+3.211) 0.2606换热器原理与设计(史美中4版147页开始)水侧斯坦登数StSt=j*Pr1(-2/3) =0.2606*5.1

21、(-2/3)0.0879水侧的换热系数1W/(·K)1=St*gl*Cp1 =0.0879*4.87*4178.91790.5翅片效率R22侧翅片参数m2m2=2*2Alf=2*76.07237*0.000256.654传导距离bmb=hf/20.00475R22侧翅片效率f2f2=th(m2*b)/(m2*b) =th(56.654*0.00475)/(m2*b)0.977翅片效率R22侧翅片总效率o2o2=1-yx+y1-f2 =1-0.0093(0.0015+0.0093)*(1-0.977)0.980换热器原理与设计(史美中2版147页开始) 水侧翅片参数m1m1=2*1Alf=2*1790.5237*0.0002274.86水侧传导距离bb=hf/20.00475水侧翅片效率f1f1=th(m1*b)/(m