冷水機組課程設(shè)計最終版.doc

Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱：制冷空調(diào)設(shè)備與設(shè)計 設(shè)計題目：55KW冷水機設(shè)計 院 系：能源科學(xué)與工程學(xué)院 班 級： 1102104 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2014年12月22日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名： 院 （系）： 專 業(yè)： 班 號： 任務(wù)起止日期： 2014年12 月 22日至 2015年 1月6日 課程設(shè)計題目： 55KW冷水機設(shè)計 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：1、 冷負荷：55kw，2、 制冷劑：R22，3、 風(fēng)冷冷凝器：進風(fēng)干球溫度：35,出風(fēng)干球溫度：434、 冷凝溫度：505、 出水溫度5,進水10，6、 環(huán)境溫度35。工作量：1、冷水機熱力計算2、壓縮機選型計算3、風(fēng)冷冷凝器設(shè)計及計算4、干式殼管式蒸發(fā)器設(shè)計及計算。5、蒸發(fā)器簡圖1張6、冷凝器簡圖1張 工作計劃安排：1、2014年12月22日-26日完成熱力計算和壓縮機選型計算。2、2014年12月27日-2015年1月2日完成冷凝器器、蒸發(fā)器設(shè)計及計算。3、2015年1月3日-9日完成冷凝器簡圖和蒸發(fā)器簡圖。 同組設(shè)計者及分工：1、 第一組負責(zé)壓縮機選型和冷凝器設(shè)計及計算、冷凝器設(shè)計簡圖。2、 第二組負責(zé)熱力計算和蒸發(fā)器設(shè)計計算和蒸發(fā)器設(shè)計簡圖 指導(dǎo)教師簽字_姚戰(zhàn)立_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫課程設(shè)計說明書目錄第1章 系統(tǒng)熱力計算.11.1 給定條件.11.2 熱力計算所對應(yīng)的壓焓圖以及參數(shù)列表.11.3 熱力計算過程.1第2章 壓縮機選型.3 2.1 壓縮機概述.3第3章 蒸發(fā)器的設(shè)計與計算.3 3.1 蒸發(fā)器概述.3 3.2 設(shè)計方案確定.3 3.3 設(shè)計條件確定.3 3.4 制冷劑與載冷劑流量計算.33.5 結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃.4 3.6 計算管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1.4 3.7 計算管內(nèi)沸騰表面換熱系數(shù)2.5 3.8 計算阻力及傳熱.63.9 傳熱系數(shù)與熱流密度.6 3.10 計算傳熱面積.7第4章 冷凝器的設(shè)計與計算.84.1 有關(guān)溫度參數(shù)及冷凝熱負荷確定.84.2 翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及計算.84.3 進行傳熱計算.94.4 風(fēng)機的選擇計算.11參考文獻 .11第1章 系統(tǒng)熱力計算對冷水機組進行熱力計算的目的是為了進一步確定設(shè)計冷凝器,蒸發(fā)器以及壓縮機選型所需要的技術(shù)參數(shù)。1.1給定條件已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：1、冷負荷：55kw，2、制冷劑：R22，3、風(fēng)冷冷凝器：進風(fēng)干球溫度：35,出風(fēng)干球溫度：434、冷凝溫度：505、出水溫度5,進水10，6、環(huán)境溫度35。另外,經(jīng)過查閱冷水機組標準與工程規(guī)范，確定了其他幾個重要的參數(shù)，蒸發(fā)器傳熱溫差一般為2-3，本設(shè)計取3，液體過熱度為5，液體過冷度為5。1.2 熱力計算所對應(yīng)的壓焓圖以及參數(shù)列表系統(tǒng)工作所對應(yīng)的壓焓圖如下：圖1-1 系統(tǒng)壓焓圖查R22熱力性質(zhì)表1，得各狀態(tài)點的參數(shù)如下表：表3-1 各狀態(tài)點的參數(shù)列表點號P（MPa）t()h(kJ/kg)V(m/kg)00.54240510.5474100.04821.970.945031.94526040.5422601.3熱力計算過程1) 壓力比： =（1-1）2) 單位質(zhì)量制冷量： （1-2）3) 單位容積制冷量： （1-3）4) 理論比功： （1-4）5) 制冷系數(shù)： （1-5）6) 冷凝器單位熱負荷： （1-6）7) 所需工質(zhì)流量： （1-7）8) 冷凝器單位熱負荷： （1-8）9) 所需工質(zhì)流量： （1-9）10) 實際輸氣量： （1-10）11) 壓縮機消耗的理論功率： （1-11）12) 冷凝器熱負荷： （1-12）第2章 壓縮機選型2.1壓縮機概述壓縮機為制冷系統(tǒng)中的核心設(shè)備，只有通過它將電能轉(zhuǎn)換為機械功，把低溫低壓氣態(tài)制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，才能保證制冷的循環(huán)進行。根據(jù)蒸氣壓縮的原理，壓縮機可分為容積型和速度型兩種基本類型。目前主要使用的是容積型壓縮機。容積式壓縮機靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。主要分為兩類：活塞式和回轉(zhuǎn)式。綜合比較各廠家產(chǎn)品，本設(shè)計選擇的是渦旋式壓縮機。根據(jù)循環(huán)參數(shù)，實際輸氣量為0.01776 m3/s=63.9 m3/h;選擇美國谷輪公司生產(chǎn)的ZR310KC-TWD-522型號壓縮機，壓縮機額定功率為18.39kw，排氣量71.43 m3/h。第3章 蒸發(fā)器的設(shè)計與計算3.1 蒸發(fā)器概述對于制冷系統(tǒng)，蒸發(fā)器是一種吸熱設(shè)備。蒸發(fā)器的作用是利用液態(tài)制冷劑在低壓下蒸發(fā)（沸騰），轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，達到制冷目的。因此蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中制取冷量的輸出冷量的設(shè)備。3.2 設(shè)計方案確定采用殼管式干式蒸發(fā)器，順流換熱，制冷劑在管側(cè)蒸發(fā)，載冷劑在殼側(cè)被冷卻，為提高載冷劑的流速以強化傳熱，殼側(cè)一般裝有折流板。3.3 設(shè)計條件確定制冷劑： R22載冷劑： 水換熱量： 制冷劑：蒸發(fā)溫度： Mpa KJ/kg 進口： Mpa KJ/kg 出口： Mpa KJ/kg 載冷劑：進口溫度： 出口溫度： 3.4 制冷劑與載冷劑流量計算制冷劑：單位質(zhì)量制冷量：=410-260=150 KJ/kg 質(zhì)量流量： =0.37 kg/s載冷劑：比熱容 密度kg/體積流量：3.5 結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃2傳熱管選取121mm的銅管，管束按正三角形排列，管距取16mm，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，殼體內(nèi)徑，殼體壁厚，流程數(shù)N=4，總管數(shù)Z=276，每流程平均管數(shù)=69，管長L=1960mm，折流板數(shù)=19，折流板間距=130mm，=85mm，管板厚度mm，折流板厚度mm，上缺口高mm，下缺口高mm，上缺口管數(shù)根，下缺口管數(shù)根，殼體直徑附近的管數(shù)根。蒸發(fā)器外側(cè)總面積：實際有效傳熱面積：3. 6 計算管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1折流板平均間距：橫向流通面積：橫向流速：折流板上缺口：折流板下缺口：縱向流速：幾何平均值：冷水平均溫度：對應(yīng)的運動粘度：在定性溫度下的雷諾數(shù)：所以管外水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 3.7 計算管內(nèi)沸騰表面換熱系數(shù)2假定按內(nèi)表面計算的熱流密度（此假定將在后面檢驗）則管內(nèi)換熱系數(shù)：式中 換熱管內(nèi)徑；a 系數(shù)，查表4-2-1可得；制冷劑質(zhì)量流速。每根管中R22的質(zhì)量流量：每根管中R22的質(zhì)量流速：本設(shè)計中制冷劑為R22，蒸發(fā)溫度為2，故a取值0.02332。則管內(nèi)換熱系數(shù)：3.8 計算阻力及傳熱制冷劑飽和蒸氣流速：蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度：，據(jù)此從查表得R22的則制冷劑蒸氣的雷諾數(shù)：沿程阻力系數(shù)：飽和蒸氣的沿程阻力：兩相流動時制冷劑的沿程阻力，式中從表4-3-1中取0.592。故兩相流動時制冷劑的沿程阻力：總阻力：在附近，壓力每變化100kPa,飽和溫度約變化5.6，因此蒸發(fā)器進口處制冷劑的溫度為：實際對數(shù)平均溫差：3.9 傳熱系數(shù)與熱流密度 換熱器總的傳熱系數(shù)式中： 銅管的壁厚，取值0.001；銅管的均直徑，取值0.011；銅管的導(dǎo)熱系數(shù)，取值380；管內(nèi)側(cè)污垢系數(shù)，取值；管外側(cè)污垢系數(shù)，取值。 按內(nèi)側(cè)表面計算的熱流密度計算得，故假定值合理。按外表面計算得熱流密度=709.83.10 計算傳熱面積根據(jù)得所需面積的計算值 在上述計算中沒有考慮蒸發(fā)器出口處R22蒸氣的過熱度對傳熱系數(shù)的影響。根據(jù)試驗，當過熱度提高到5時，傳熱系數(shù)下降30%，所以實際需要的傳熱面積與初步規(guī)劃中所定的有效傳熱面積18.74相比，只差7.5%,故初步規(guī)劃是合理的。第4章 冷凝器的設(shè)計及計算4.1 有關(guān)溫度參數(shù)及冷凝熱負荷確定3有關(guān)溫度的數(shù)值?。豪淠郎囟?50，進口空氣干球溫度=35，出口空氣干球溫度=43，進出口空氣溫差-=8對數(shù)平均溫差： =10.5查的R22在=50，=2是的冷凝負荷系數(shù)=1.274.2 翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及計算選擇10mm0.5mm的紫銅管為傳熱管,選用的翅片厚度=0.15mm的波紋形整張鋁制套片。取翅片節(jié)距=2mm，迎風(fēng)面上管中心距=25mm，管簇排列采用正三角形叉排。每米管長各有關(guān)的傳熱面積分別為=0.4579/m=0.0299/m =0.4878/m =0.0283/m取當?shù)卮髿鈮?98.07KPa，查空氣熱物理性質(zhì)表4，在空氣平均溫度下 =39條件下，/（kgK），=17.5/s，空氣密度取 kg/m3冷凝器所需的空氣體積流量 m/s選取迎面風(fēng)速=2.5m/s,則迎風(fēng)面積m2取冷凝器迎風(fēng)面寬度即有效單管長=2.5m，則冷凝器的迎風(fēng)面高度m迎風(fēng)面上管排數(shù)排4.3進行傳熱計算確定所需的傳熱面積，翅片管總長L及空氣流通方向上的管排數(shù)n采用整張波紋翅片及密翅距的叉排管蔟的空氣側(cè)傳熱系數(shù)由參考文獻1式（3-10)乘以1.1再乘以1.2計算。預(yù)計冷凝器在空氣流通方向上的管排數(shù)n=4，則翅片寬度：b=0.0866m微元最窄界面的當量直徑：=0.0033m最窄截面風(fēng)速=4.6m/s因為=26.24=867.4查參考文獻1表3-18和3-19，求得=0.15，n=0.623，c=1.152，m=-0.211，則空氣側(cè)表面系數(shù)W/（K）查參考文獻1表3-11，R22在=50的物性集合系數(shù)B=1325.4，氟利昂在管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由參考文獻1式（3-17）計算翅片相當高度由參考文獻1式3-15計算m取鋁片熱導(dǎo)率=203W/(mK) 由參考文獻1式3-14計算翅片參數(shù)m即：m-1由參考文獻1式3-13計算翅片效率 表面效率由參考文獻1式3-12計算 忽略個有關(guān)污垢熱阻及接觸熱阻的影響，則,將計算所得的有關(guān)各值代入?yún)⒖嘉墨I13-20即經(jīng)整理得解上式得tw=46.05，則R22在管內(nèi)的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m2K）取管壁與翅片見接觸熱阻=0.004m2K/W、空氣側(cè)塵埃垢層熱阻=0.0001m2。紫銅管熱導(dǎo)率=393W/（mK），由參考文獻1式3-21計算冷凝器的總傳熱系數(shù)W/(K)冷凝器的所需傳熱面積 m2所需有效翅片管總長 m2空氣流通方向的管排數(shù) 排取整數(shù)n=4排，與計算空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是預(yù)計的空氣流通方向上的管排數(shù)相符。這樣，冷凝器的實際有效總管長500m，實際傳熱面積為243.9m2，較傳熱計算傳熱面積大13能滿足冷負荷的傳熱要求。此外，冷凝器的實際迎風(fēng)風(fēng)速與所取迎風(fēng)風(fēng)速一致。4.4風(fēng)機的選擇計算由于冷凝器的迎風(fēng)面寬度l=2.5m、高度H=1.244m動壓 =3.5Pa靜壓 Pa風(fēng)機采用電動機直接傳動，則傳動效率；取風(fēng)機全壓效率，則電動機輸入功率：W采用兩臺風(fēng)機平行安裝，每臺風(fēng)機風(fēng)量為13983 m3/h、輸入功率為316W、風(fēng)壓為48.8Pa?，F(xiàn)選用T35