逆布雷頓制冷循環(huán)分析和板翅式換熱器的設(shè)計(jì)

1、2. 逆布雷頓循環(huán)制冷系統(tǒng)循環(huán)分析與理論設(shè)計(jì) 圖2-2 圖2-3 圖2-1是逆布雷頓空氣制冷循環(huán)熱力過(guò)程原理圖。理論循環(huán)由1-2-3-4-5-6-1表示，但是由于各種因素的影響，空氣制冷系統(tǒng)的實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)的差別很大。為了便于分析我們采用一些簡(jiǎn)化的處理方法，首先假設(shè)空氣是理想氣體，理想氣體假設(shè)在這篇論文所討論的溫度和壓力范圍內(nèi)所造成的誤差很小，可以忽略不計(jì)；假設(shè)吸熱和放熱過(guò)程為等壓過(guò)程，壓縮很膨脹過(guò)程中的損失可以折算到進(jìn)出口壓力上去；在回?zé)徇^(guò)程中考慮傳熱溫差，此時(shí)的回冷熱交換器的效率小于1，而且在處理回?zé)徇^(guò)程時(shí)假設(shè)它沒(méi)有流動(dòng)阻力損失，并把漏熱損失折算為用冷裝置的熱負(fù)荷；空氣在壓縮機(jī)中的壓縮

2、過(guò)程要考慮到絕熱壓縮效率CS，在膨脹機(jī)中的膨脹過(guò)程要考慮到相對(duì)內(nèi)效率T。在極限回?zé)徇^(guò)程中，空氣的溫度經(jīng)過(guò)冷凝器和回?zé)崞骱罂梢缘竭_(dá)4，但是由于回?zé)嵝实拇嬖诳諝庵荒芙?jīng)回?zé)崞鞅焕鋮s到4，空氣經(jīng)過(guò)理想絕熱膨脹過(guò)程后可以到達(dá)狀態(tài)點(diǎn)5，但是實(shí)際過(guò)程并不能完全達(dá)到可逆，因此膨脹后只能到達(dá)狀態(tài)點(diǎn)5，點(diǎn)5的計(jì)算需要考慮到膨脹機(jī)的等熵效率?？諝鈴呐蛎洐C(jī)中出來(lái)后進(jìn)入用冷裝置，被用冷裝置加熱到狀態(tài)點(diǎn)6,6點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是制冷溫度，然后空氣進(jìn)入回?zé)崞髦斜患訜嶂翣顟B(tài)點(diǎn)1后進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮過(guò)程不是完全的可逆過(guò)程，所以空氣被壓縮至狀態(tài)點(diǎn)2而不是2，然后空氣進(jìn)入冷凝器被定壓冷卻至狀態(tài)點(diǎn)3，再進(jìn)入回?zé)崞鞅欢▔豪鋮s至4，從而完

3、成了一個(gè)完整的循環(huán)過(guò)程。在工程實(shí)際中，空氣壓縮機(jī)可以采用活塞式以及螺桿式等，效率一般在0.60.8之間，通常為0.7左右；膨脹機(jī)采用徑流式氣體軸承膨脹機(jī)，在規(guī)定工況內(nèi)的運(yùn)行效率大約在0.50.7之間，通常為0.6左右；回?zé)崞鞑捎酶咝Ьo湊的板翅式換熱器，效率可以達(dá)到0.750.95，通常在0.8左右；環(huán)境溫度為298K，制冷溫度為220K，壓力比根據(jù)實(shí)際和要求情況選取。我在這里取壓縮機(jī)入口處的空氣壓強(qiáng)P1=0.1MPa，壓比=3.0，則壓縮機(jī)出口處的壓強(qiáng)是P2=0.3Mpa,cp是空氣的定壓比熱容，在一般的使用壓力和溫度范圍內(nèi)看作常數(shù)先來(lái)確定各點(diǎn)的溫度T4=T0+T=T0+(TK-T0)*(1-

4、R)=231.7K，R=0.85為回冷熱交換器的效率T5=T4*（P5/P4）(1.41-1)/1.41)=168.3K由T=（T4-T5）/（T4-T5）的得出T5=193.7K，其中T為等熵膨脹效率T1=298.0KT2=T1*（p2/p1）(1.41-1)/1.41）=410.2K由（T2-T1）/（T2-T1）=Cs得T2=458.3K，其中Cs為壓縮機(jī)效率綜上可知各點(diǎn)溫度：T1=298.0K,T2=458.3K T3=298K,T4=231.7K,T5=193.7K,T6=220K由nist軟件可以計(jì)算各點(diǎn)的焓值圖2-4制冷機(jī)的單位質(zhì)量工質(zhì)耗功量為w=we-wc;式子中we是壓縮機(jī)氣

5、體耗功，wc是膨脹機(jī)膨脹氣體做功。wc=h4-h5=37.49KJ/kgwe=h2-h1=162.22KJ/kg，其中Cs是壓縮機(jī)絕熱壓縮效率空氣單位質(zhì)量制冷量q0=h6-h5=26.47KJ/kg則制冷系數(shù)COP=q0/w=0.21要求計(jì)算的是500W制冷量，據(jù)此可計(jì)算空氣質(zhì)量流量為qm=Q/q0=0.0189kg/s計(jì)算結(jié)果匯總回?zé)崞餍阅芟禂?shù)0.85，回?zé)崞骼錈岫藗鳠釡夭顬?1.7K，質(zhì)量流速為0.0189kg/s狀態(tài)點(diǎn)溫度（K）焓值（KJ/kg）壓力（Mpa)1（壓縮機(jī)入口）298.0 298.30 0.12（壓縮機(jī)出口）458.3460.52 0.33（回?zé)崞鳠岫巳肟冢?98.0297

6、.84 0.34(膨脹機(jī)入口）231.7230.85 0.35（膨脹機(jī)出口）193.7193.36 0.16（回?zé)崞骼涠巳肟冢?20.0219.83 0.11(回?zé)崞鳠岫顺隹冢?186.3 185.90 0.13. 逆布雷頓循環(huán)制冷系統(tǒng)板翅式換熱器設(shè)計(jì) 3.1板翅式換熱器的主要優(yōu)缺點(diǎn)傳熱效率高：鋁制板翅式換熱器在強(qiáng)制對(duì)流空氣的傳熱系數(shù)是30-300（千卡/米2 小時(shí)），而一般管式換熱器只達(dá)（千卡/米2 小時(shí)）；結(jié)構(gòu)緊湊：板翅式換熱器單位體積的傳熱面積可達(dá)10002500（米2/米3），而一般管式換熱器只有50150（米2/米3）；輕巧而牢固：由于結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，一般均采用鋁錳合金制造，故重量

7、輕，波形翅片既是主要傳熱表面又是兩板支撐，故強(qiáng)度高，能耐一定的壓力。適應(yīng)性大：可用作氣-氣，氣-液，液-液熱交換。也可用于冷凝和蒸發(fā)，流向上可用于逆流、順流、橫流、橫逆流等，而且可以在同一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)26種流體的熱交換；缺點(diǎn)：由于流道小，容易堵塞，一旦堵塞后，清洗較困難，因而使用介質(zhì)一般以清潔為宜，最后在入口前進(jìn)行過(guò)濾；檢修探傷也比較困難。 3.2板翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)在兩塊平金屬板之間夾持一組波形翅片，兩邊以封條密封而組成一個(gè)單元體。對(duì)各單元體進(jìn)行疊加排列，然后再用釬焊焊接，可以得到不同流向的組裝件，稱(chēng)為板束。在板束的頂部和底部各留有一層主要起絕緣作用的假翅片層（也稱(chēng)工藝層）。再將半圓封頭用氬

8、弧焊焊在板束上，就制成了一個(gè)板翅式換熱器。（見(jiàn)圖3-1）圖3-1 3.3目前已經(jīng)生產(chǎn)的翅片規(guī)格和參數(shù)翅片的型式有斷續(xù)形（或者稱(chēng)片條形百葉窗形）光片形光片打孔形；翅片的高度有9.56.54.7毫米。共三種形式九種規(guī)格。但是設(shè)計(jì)中一般選用三種，既是：對(duì)氣相傳熱，選用高度為9.5毫米的斷續(xù)形翅片；對(duì)液相傳熱，選用高度為4.7毫米的光翅片；相變的選用高度為6.5毫米的光片打孔形翅片?，F(xiàn)在把三種規(guī)格的參數(shù)列在表3-1通道的截面如圖3-2所示圖3-2表3-13.4設(shè)計(jì)計(jì)算公式傳熱方程式Q=KFtm其中：Q換熱量（KJ/h） K傳熱系數(shù)（kJ/m2 h） F傳熱面積（m2） tm對(duì)數(shù)溫差（）傳熱系數(shù)的計(jì)算

9、略去平板的熱阻，翅片間熱冷流體的傳熱系數(shù)分別是：其中K1，K2分別是熱冷流體側(cè)面的傳熱系數(shù)（kJ/m2 h） 是熱冷流體側(cè)面給熱系數(shù)（kJ/m2 h） 是熱冷流體側(cè)面翅片的全效率 F1，F(xiàn)2是熱冷流體側(cè)面的傳熱面積（m2）給熱系數(shù)的計(jì)算 =GCpGF（kJ/m2 h）其中G單位面積質(zhì)量流速（kg/m2 s）cP流體的定壓比熱（KJ/kg）St斯特頓準(zhǔn)數(shù)St=j/Pr2/3J傳熱因子，是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的函數(shù)。有關(guān)j和Re的關(guān)系的計(jì)算公式較多，可以采用實(shí)驗(yàn)的j-Re曲線(xiàn),如圖3-3所示圖3-3 傳熱因子j和摩擦系數(shù)f與Re數(shù)之間的關(guān)系Pr普朗特準(zhǔn)數(shù)流體黏度（kgs/s2）g重力加速度（m/s2）流體

10、的導(dǎo)熱系數(shù)（kJ/m2 s）Re雷諾準(zhǔn)數(shù) Re=GD/gDe當(dāng)量直徑（m）翅片全效率的計(jì)算 翅片是板翅式換熱器最基本的元件，冷熱流體的熱交換，一部分是直接接觸的平隔板來(lái)完成，但是大部分是通過(guò)翅片來(lái)完成。由于翅片傳熱不想平隔板那樣直接傳熱，故翅片被稱(chēng)為二次表面。在翅片高度方面有溫度梯度，既存在著翅片效率，可以設(shè)翅片與平隔板接觸處的溫度是Tw（），翅片平均溫度是Tm（），流體溫度是Tb（），可以得到翅片效率為計(jì)算方便，將函數(shù)值列成下表：表3-2L值的計(jì)算如下：熱流體在兩冷流體之間，則l=h/2,熱流體一邊是冷流體，另一邊是熱流體，則l=h，h是翅片高度對(duì)數(shù)溫差tm計(jì)算 t1，t2進(jìn)口端和出口端熱冷

11、流體最大溫差和最小溫差 壓力降的計(jì)算 圖3-43.5回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：在回?zé)崞髦械睦錈岫说臏夭疃际?1.7K，熱流體的溫度由T2=298.0K變?yōu)門(mén)4=231.7K，冷流體的溫度由220.0K變?yōu)?86.3K，注意當(dāng)冷流體在回?zé)崞髦斜患訜釙r(shí)，所能達(dá)到的溫度低于常溫298K，有一定的傳熱溫差11.7K，因此冷流體只能被加熱到298-11.7=286.3K。但是假如壓縮機(jī)的氣體是從開(kāi)放空間中獲得，因此溫度是298K?？諝獾牧髁渴荊1=G2=0.0189kg/s=68kg/h熱交換器的流程采用逆流式 求：熱交換器冷熱邊傳熱面積F0，芯體層數(shù)N，芯體有效長(zhǎng)度L有效寬度W及其流動(dòng)阻力p0冷熱通

12、道間隔布置，冷熱邊換熱型面均選用鋸齒形翅片，翅片參數(shù)如下： 翅片高度：H=9.5毫米 翅片厚度：=0.2毫米 翅片間距：P=1.7毫米 翅片內(nèi)高：y=H-=9.3毫米 翅片內(nèi)寬x=P-=1.5毫米計(jì)算翅片的幾何參數(shù) （1）通道當(dāng)量直徑 de=2x*y/（x+y）=2.583*10-3米 （2）單層通道截面積 f=xyW/106P=8.206*10-6W平方米，其中W的單位是毫米 （3）在W=1米，L=1米時(shí)，每排通道的換熱面積 F=2（x+y）W/P=12.7平方米 （4）二次傳熱面與總傳熱面面積比是Fx/F0=y/（x+y）=0.861計(jì)算物性參數(shù)（1）求定性溫度：熱流體通道中式t1=（29

13、8-273+231.7-273）/2=-8.2冷流體通道中t2=（220-273+286.3-273）/2=-19.9（2） 根據(jù)定性溫度可以查得： 1= 0.023457W/mK 2=0.022476W/mK Cp1= 1010.2J/kg Cp2=1005.8J/kg1=16.818×10-6Ns/m2 2=16.244×10-6Ns/m2 3.5.4試選重量流速為GF=10千克/平方米秒 3.5.5 計(jì)算換熱系數(shù) （1）求Re Re1=GFde/1g=1538 Re2=GFde/2g=1588（2）求對(duì)流換熱系數(shù)a.根據(jù)Re，查圖3-3得： j1=0.0143 j2=

14、0.0140b.根據(jù)Pr=Cpg/得 Pr1=0.7239 Pr2=0.7280c.求St，根據(jù)St=j/Pr2/3得： St1=0.01774 St2=0.01730d.求，根據(jù)=3600StCpGF得到： 1=180W/mK 2=174W/mK3.5.6計(jì)算效率0 （1）求翅片參數(shù)m，根據(jù)m=（2/）½ 取翅片材料導(dǎo)熱系數(shù)（鋁）=165大卡/米時(shí) m1=97 m2=（2*150/（165*0.2*0.001）½=95 （2）求Z，根據(jù)z=th（ml）/ml 取l=H/2=4.75毫米得m1l=0.461 m2l=0.451 根據(jù)ml查正切雙曲線(xiàn)函數(shù)表3-2，得 th（m

15、1l）=0.4301 th（m2l）=0.4219 z1=0.4301/0.461=0.933 z2=0.4219/0.451=0.935 （3）求表面效率0，根據(jù)0=1-Fx/F0（1-z） 01=1-0.861*(1-0.933)=0.942 02=1-0.861*(1-0.935)=0.944 3.5.7計(jì)算傳熱系數(shù)K 取兩側(cè)通道的傳熱面積相等F01=F02=F0，則兩側(cè)傳熱系數(shù)也相等，根據(jù)下式求出K=1/（1/101+1/202)=83.4W/m2K 3.5.8求平均溫差 tm=（t1+t2）/2=11.7 3.5.9計(jì)算傳熱面積F0 F0=Q/Ktm=GCp1(t2-t4)/Ktm=

16、1.298平方米 3.6.10計(jì)算芯體層數(shù)N N=G/GFfl=68/（10*8.206*10-6*W*3600） 這里可以知道芯體的層數(shù)和有效寬度有關(guān)系 而芯體的有效長(zhǎng)度L=F0/（F*N*W）（這里W的單位是米） 可知芯體的有效長(zhǎng)度L也和有效寬度W有關(guān)系 換熱器的總高度H總=2N*H（若考慮隔板的厚度） （1）取N=2，W=115mm，H總=43mm，L=444mm （2） 取N=3，W=77mm，H總=57mm，L=442mm （3） 取N=4，W=58mm，H總=76mm，L=444mm 一般來(lái)說(shuō)寬是高的兩倍，長(zhǎng)是寬的5倍，這里可以取第一組： N=2，W=115mm，H總=40mm，L

17、=445mm計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦铝黧w計(jì)算項(xiàng)目低壓冷空氣 高壓熱空氣總通道數(shù)N22質(zhì)量流速（Kg/m2/s）1010冷端溫度（K）220.0231.7熱端溫度（K）286.3298平均溫度（）-8.2-19.9壓力（kpa）100300動(dòng)力粘度（Ns/m2）16.244×10-616.878×10-6比熱容（J/kg）10061010導(dǎo)熱系數(shù)（W/（mK）0.0224760.23457當(dāng)量直徑de=（m）2.58×10-32.58×10-3雷諾數(shù)Re=gde/15881528普朗特?cái)?shù)Pr=cp /0.72800.7239傳熱因子j（查圖）0.1400.143S

18、t=j/Pr2/30.017300.01774換熱系數(shù)=StCpGF（W/(m2 k)174180翅片導(dǎo)熱系數(shù)（W/（mK）192192翅片參數(shù)m=（2/）1/29597l=H/2（mm）4.754.75ml0.4510.461Th（ml）0.42190.4301翅片全效率z=th（ml）/ml0.9350.933翅片總效率=1-Fx/F0（1-z）0.9440.942 3.6.11.計(jì)算流動(dòng)阻力p （1） 求摩擦因子 根據(jù)Re查曲線(xiàn)圖3-3得Re1=1538，1=0.065Re2=1588，2=0.062 （2）求氣體的重度在這次設(shè)計(jì)中的溫度和壓力條件下，氣體偏離理想氣體不遠(yuǎn)，可以近似用理想

19、氣體狀態(tài)方程求，估算時(shí)采用P1=0.3Mpa和P2=0.1Mpa和冷熱流體的定性溫度以及=P/RT來(lái)計(jì)算 1=30000/(29.27*264.8)=3.87千克/立方米 2=10000/（29.27*253.1）=1.35千克/立方米 （3）求流動(dòng)阻力P，根據(jù)公式P=（41*L*GF2）/（de*2g），必須指出，此處采用的計(jì)算所得的流動(dòng)阻力中沒(méi)有計(jì)及流體的局部阻力損失，因?yàn)樵诳諝庵评溲h(huán)中所用的熱交換器多采用單流程，沒(méi)有轉(zhuǎn)彎損失，而進(jìn)出口損失通常不大，計(jì)算時(shí)可以略去不計(jì)，沒(méi)有計(jì)及的因素反映在允許阻力值所留有的裕量中，考慮富裕量取備用系數(shù)=1.35L1=1.35*0.445=0.60米L2=

20、1.35*0.115=0.16米P1=4*0.065*0.6/2.583*1000*100/（2*9.81*3.87）=132.6千克/平方米=780帕P2=4*0.062*0.16/2.583*1000*100/（2*9.81*1.35）=57.99千克/立方米=568帕氣體計(jì)算項(xiàng)目低壓冷空氣高壓熱空氣摩擦因子0.0620.065板束有效長(zhǎng)度L（m）0.4450.445當(dāng)量直徑d0（m）0.002580.00258質(zhì)量流速GF（kg/m2/s）1010比容（kg/m3）1.353.87板束阻力p=（Pa）5687803.6空氣冷卻器的設(shè)計(jì)計(jì)算 在這里不考慮在換熱器中的壓力降，在空氣側(cè)空氣溫度

21、由T2=458.3K下降至T3=298K，而冷卻水被從T7=295K加熱至T8=310K熱量計(jì)算 空氣側(cè)的放熱量Q=qm（h2-h3）=3.07KW，其中qm是空氣的質(zhì)量流量冷卻水的消耗量qm水=Q/cp（T8-T7） 其中cp常溫下水的比熱容，而冷卻水的入口溫度取為t7=12，出口溫度取決于換熱器的設(shè)計(jì) 3.6.2 化工計(jì)算 （1）空氣側(cè)： 空氣側(cè)的翅片參數(shù)如下： 鋸齒形翅片 翅片高度H=9.5mm 翅片厚度=0.2mm 翅片間距P=1.7mm 翅片內(nèi)高y=H-=9.3mm 翅片內(nèi)寬x=P-=1.5mm（a）通道當(dāng)量直徑 de=2x*y/（x+y）=2.583*10-3米（b）單層通道截面積

22、 f=xyW/106P=8.206*10-6W平方米，其中W的單位是毫米（c）在W=1米，L=1米時(shí)，每排通道的換熱面積 F=2（x+y）W/P=12.7平方米（d）二次傳熱面與總傳熱面面積比是Fx/F0=y/（x+y）=0.861 定性溫度tm1=（t2+t3）/2=105 黏度1=0.000022190Pas 導(dǎo)熱系數(shù)1=0.031537W/mK 比熱Cp=1013.8J/kg 普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=3600*1*g*Cp/1=0.822 質(zhì)量流速：G=11.5千克/（平方米秒） 雷諾準(zhǔn)數(shù)：Re=GDe/（g）=1337 傳熱因子：j查圖3-3或者由關(guān)聯(lián)式得鋸齒形的翅片j=0.013，=0.06

23、5 Pr2/3=0.878 斯坦頓系數(shù)：St=j/Pr2/3=0.0148 給熱系數(shù)：=StCpG=322W/m2K m=（2/（）1/2=130，其中翅片導(dǎo)熱系數(shù)（鋁）=192W/mK ml=mh=1.235 查表3-2得th（ml）=0.8452 可得翅片效率：t=th（ml）/ml=0.684 翅片全效率：=1-（F2/F）*（1-t）=0.728（2）冷卻水側(cè)計(jì)算；現(xiàn)在已經(jīng)知道了換熱量，而水側(cè)和空氣側(cè)的換熱面積都不知道。這里設(shè)置的換熱器最好是兩個(gè)熱流體通道將冷流體的通道包裹在中間。假設(shè)熱流體通道取為2，那么冷流體的通道取為1。熱流體的通道既空氣的通道，W=1，L=1是，有效換熱面積是1

24、2.7平方米?，F(xiàn)在確定冷流體既水側(cè)的換熱面積，水側(cè)的翅片高度一般取為h=4.7，型面選擇光片形，當(dāng)W=1米，L=1米時(shí)為6.1平方米。而熱流體通道數(shù)是冷流體通道數(shù)的兩倍，因此可以知道，當(dāng)水側(cè)和空氣側(cè)的有效長(zhǎng)度和有效寬度相等時(shí)，空氣從的換熱面積是水側(cè)的換熱面積的（2*12.7）/6.1=4.16倍。可以設(shè)冷卻水側(cè)的溫度上升了12度到達(dá)22度定性溫度：tm=（12+22）/2=17黏度:=0.0010798Pas比熱容：C水=4186.5J/kg導(dǎo)熱系數(shù)=0.59305W/mK普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pr=*g*Cp/=7.63重量流速：換熱量Q=3.07KW 而Q=qm水（T出-T進(jìn)）C水 重量流速G=qm

25、/f W 其中f是單層通道截面積 可以得到G=19.6/W 其中W是有效寬度 取G=200千克/平方米秒雷諾準(zhǔn)數(shù)：Re=GDe/（g）=453傳熱因子j查圖的j=0.010，f=0.042斯坦頓系數(shù)：St=j/Pr2/3=0.00258給熱系數(shù)：=3600StCpG=1857.6（千卡/平方米小時(shí)）m=2/（）1/2=274 其中翅片導(dǎo)熱系數(shù)（鋁）=192W/mK ml=mh/2=0.6439翅片效率：t=th（ml）/m=0.877翅片全效率=1-（F2/F）*（1-t）=0.91（3） 傳熱系數(shù)計(jì)算空氣側(cè)的傳熱系數(shù)計(jì)算：可以得到K1=162.4W/m2K 由K1F1=K2F2可以得到K2=

26、675.6W/m2K（4） 溫差計(jì)算t1=185.3-22=163.3 t2=25-12=13tm=59.4傳熱面積計(jì)算：空氣側(cè)F1=Q/（K1tm）=0.3182平方米水側(cè)F2=Q/（K2tm）=0.0765平方米計(jì)算長(zhǎng)度：其中水側(cè)通道數(shù)為1，空氣側(cè)通道數(shù)為2，空氣側(cè)的通道中間夾著水通道。由質(zhì)量流量可以得到有效寬度都是100mm，再計(jì)算長(zhǎng)度L=F2/FW=0.1254米，取為125毫米，其中F是有效長(zhǎng)度和寬度都是1m時(shí)的單通道傳熱面積。綜上可得空氣冷卻器的結(jié)構(gòu)式ABA型，中間是水通道，兩邊是空氣通道水通道的參數(shù)如下： 翅片高度：H=4.7毫米 翅片厚度：=0.3毫米 翅片間距：b=2.2毫米

27、 翅片內(nèi)高：y=H-=4.4毫米 翅片內(nèi)寬x=P-=毫米 有效寬度：W=100毫米 有效長(zhǎng)度:L=125毫米通道數(shù)N=1 空氣通道的參數(shù)如下： 翅片高度：H=9.5毫米 翅片厚度：=0.2毫米 翅片間距：b=1.7毫米 翅片內(nèi)高：y=H-=9.3毫米 翅片內(nèi)寬x=P-=1.5毫米 有效寬度：W=100毫米 有效長(zhǎng)度:L=125毫米 通道數(shù)：N=2計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢毫黧w計(jì)算項(xiàng)目冷卻水通道 被冷卻熱空氣通道總通道數(shù)N12質(zhì)量流速（Kg/m2/s）20011.5冷端溫度（）1225熱端溫度（）22185.3平均溫度（）17105.2壓力（kpa）100300動(dòng)力粘度（Ns/m2）0.00107980

28、.000022190比熱容（J/kg）4186.51013.8導(dǎo)熱系數(shù)（W/（mK）0.593050.031537當(dāng)量直徑de=（m）2.43×10-32.58×10-3雷諾數(shù)Re=GFde/4531337普朗特?cái)?shù)Pr=cp /7.630.822傳熱因子j（查圖）0.0100.013St=j/Pr2/30.002580.0148換熱系數(shù)=StCpGF（W/(m2 k)2160345翅片導(dǎo)熱系數(shù)（W/（mK）192192翅片參數(shù)m=（2/）1/2274134l=H/2或者H（mm），視具體情況而定2.359.50ml0.64391.273Th（ml）0.56490.8544翅

29、片全效率z=th（ml）/ml0.8770.671翅片總效率=1-Fx/F0（1-z）0.9100.717壓力降的計(jì)算 總壓力降 空氣側(cè)：G=11.5千克/平方米秒在入口處溫度下比體積，v1=0.439在出口溫度下比體積：v2=0.285平均比體積vm=0.362=(x*y*n1)/(b*h*n)=0.576=0.065F=0.3182平方米Ag=1.642*10-3 由Re和查圖得Kc=0.06 Ke=0.47代入式可得空氣側(cè)壓降為P=300帕4. 逆布雷頓制冷系統(tǒng)透平膨脹機(jī)的設(shè)計(jì) 4.1透平膨脹機(jī)的熱力計(jì)算給定的參數(shù)及其要求已知：工質(zhì)是空氣 氣體常數(shù)R=287.2Nm/（kgK）絕熱指數(shù)=

30、1.41進(jìn)口壓力p0=0.3Mpa 進(jìn)口溫度T0=231.7K出口壓力p2=0.1MPa 質(zhì)量流量qm=0.0189kg/s估取及選用值（1）估取工作輪的形式：半開(kāi)式向心徑軸反動(dòng)式噴嘴中的速度系數(shù)：=0.96工作輪中的氣流速度系數(shù)：=0.84工作輪葉高輪徑比：l1/D1=0.04工作輪相對(duì)軸向間隙：/lm=0.017噴嘴與工作輪間的半徑間隙：1mm工作輪葉片進(jìn)口過(guò)蓋量:0.7mm工作輪軸向間隙：0.3mm工作輪輪背修正系數(shù)K：4工作輪出口減窄系數(shù)2 0.775工作輪進(jìn)口減窄系數(shù)1 0.965噴嘴出口減窄系數(shù)：N=0.98（2）選取輪徑比：0.44反動(dòng)度：=0.49特性比：1=0.66（3） 選

31、定噴嘴出口葉片角1=12度 工作輪進(jìn)口葉片角1=90度 工作輪出口葉片角2=36.5度（4）估取擴(kuò)壓比P2/p3=1.038 可得P3=0.09634Mpa噴嘴中的流動(dòng)（1）進(jìn)口比焓：h0=230850J/kg膨脹機(jī)出口處的理想溫度是：T4（1/3）(0.41/1.41）=168.34K可以得到膨脹機(jī)出口處的理想比焓是h2s=170640J/kg有前面已經(jīng)知道擴(kuò)壓比是1.038得到工作輪出口壓強(qiáng)是0.1/1.038=0.096339Mpa可以得到工作輪出口理想比焓是：h2s=168830J/kg膨脹機(jī)總的理想比焓降hs=h0-h2s=60210J/kg通流部分理想比焓降hs=h0-h2s=62

32、020J/kg（2） 等焓理想速度cs=（2hs）1/2=352.19m/s（3） 由p4，T4從z-p圖上查得Z0=0.990（4） 噴嘴中的等熵比焓降h1s=（1-）hs=31630.2J/kg（5） 噴嘴出口的實(shí)際速度c1=（2h1s）1/2=241.46m/s（6） 噴嘴出口理想比焓h1s=h0-h1s=199219.8J/kg（7） 噴嘴出口實(shí)際比焓h1=h0-2h1s=201699.6J/kg（8） 由p0，T0以及h1s可以從焓熵圖上查得p1=0.17954Mpa（9） 由p1 h1從焓熵圖上查得T1=202.37K（10） 有p1 T1可以從z-P圖上查得Z1=0.995（11

33、） 噴嘴出口的氣體密度是1=p1/（Z1RT）=3.105kg/m3（12） 多變指數(shù)n=/（-2（-1）=1.366（13） 噴嘴出口喉部截面速度c*=264.75m/s（14） 噴嘴出口狀態(tài)下的聲速c1=（nZ1RT1）1/2=281.06m/s（15） 噴嘴出口絕對(duì)馬赫數(shù)Mac1=c1/c1=0.859（16） 噴嘴中的能量損失qN=（1-2）h1s=2479.8J/kg（17） 噴嘴中的相對(duì)能量損失N=qN/hs=0.039984（18） 喉部的氣體密度*=（2/（n+1）1/（n-1） 0=2.877kg/m3工作輪中的流動(dòng)（1） 輪周速度u1=1c3=232.45m/s（2） 出口圓周速度u2m=u1=115.76m/s（3） 工作輪進(jìn)口氣流角tg1=sin1/（cos1-u1/c1）=-193.62 1=90.30度（4） 進(jìn)工作輪相對(duì)速度w1=c1sin1/sin1=66.56m/s（5） 進(jìn)工作輪相對(duì)速度的圓周風(fēng)速w1u=c1cos1-u1=-0.344m/s（6） 進(jìn)工作輪相對(duì)速度的徑向分速w1r=w1sin1=66.56m/s（7） 進(jìn)工作輪處相對(duì)速度的馬赫數(shù)Maw1=w1/c1=0.237，一一般希望Maw1, 小于0.5，