冷凝器设计百叶窗.docx
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冷凝器设计百叶窗
课程设计书
设计题目：
冷凝器设计
学生姓名：
孙
学号：
专业班级：
热动
完成日期：
2015年10月18日
指导教师：
能源与动力工程学院
2015年10月
设计计算及说明
主要结果
一、设计题目
设计条件：
冷凝温度tk=50℃，过冷度5℃，室外侧进风温度ta1=35℃，室内侧进风干球温度27℃，湿球温度为19.5℃，蒸发温度7℃，过热度5℃，压缩机指示效率ηi=0.75。
系统制冷量：
Q0=4500W
制冷剂类型：
R290
换热器类型：
冷凝器
二、设计目标
由于系统制冷量比较小，因此所设计系统的冷凝器形式选为：
空气强制流动的空冷冷凝器。
三、冷凝负荷计算
根据设计题目条件，用REFUTILR制作的该工况下R290的压-焓循环图，如图1-1所示。
由R290压-焓循环图可得各点对应的状态参数，各点状态参数如下表1-1所示。
由设计条件及所查图表可对制冷循环进行热力计算。
循环的各个热力状态计算如下：
主要结果
图1-1R290压-焓循环图
表1-1图中各点对应的状态参数
状态点
参数
单位
数值
注释
0
p0
t0
h0
kPa
℃
kJ/kg
580.4
7
580.80
1
p1
t1
v1
h1
kPa
℃
m³/kg
kJ/kg
580.4
12
0.08114
590.088
t1=t0+5=7+5=12
2s
p2
t2s
h2s
kPa
℃
kJ/kg
1711.4
58.909
641.729
由表查得
3
p3
t3
h3
kPa
℃
kJ/kg
1711.4
50
333.94
4
p4
t4
h4
kPa
℃
kJ/kg
1711.4
45
319.273
t4=t3-5=50-5=45
设计计算及说明
主要结果
1）单位制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论功w0的计算：
q0=h1-h3=590.088-333.94=256.148kJ/kg
qv=
=
=3156.865kJ/m³
w0=h2s-h1=641.729-590.088=51.641kJ/kg
2）制冷剂质量流量qm的计算：
qm=
=
=0.01757kg/s
3）压缩机理论功率P0及压缩机指示功率Pi的计算：
P0=qm*w0=0.01757*51.641=0.907kW
Pi=
=
=1.209kW
4）状态点2的焓值：
H2=h1+
=590.088+
=658.943kJ/kg
5）冷凝器热负荷Qk的计算：
Qk=qm*（h2-h3）=0.01757*（658.943-333.94）=5.7103kW
四、冷凝器设计计算
1．冷凝器的初步规划及有关参数选择
传热管选用Φ7mm×0.22mm的纯铜管。
肋片选用百叶窗翅片（铝片），片厚δf=0.105×10-3m。
管排方式采用叉排，正三角形排列，管间距s1=0.021m，
冷凝负荷：
Qk=5.71kW
主要结果
设计计算及说明
主要结果
排间距s2=0.018187m，肋片节距sf=0.0026m，沿气流方向的管排数N=2，片宽L=0.036373m，百叶窗投影长度Lp=0.002m，百叶窗高度Lh=0.001m。
管外肋片面积ff为：
ff=
=0.26237617㎡/m
db=d0+2*δf=0.00721㎡/m
肋间管外单位表面积fb为：
fb=π*db*（1-
）=0.021736117㎡/m
管外总单位表面积ft为：
ft=fb+ff=0.284112287㎡/m
管内单位表面积fi为：
fi=π*di=0.02060883㎡/m
肋化系数β为：
β=
=13.78594912
2．空气侧传热系数计算
1）空气进出冷凝器温差及风量
假设出风温度：
ta2=42℃
温差：
Δta=ta2-ta1=7℃
平均温度：
tam=
=38.5℃
肋化系数:
β=13.786
主要结果
设计计算及说明
主要结果
风量：
qva=
=0.715783642m³/s
（平均温度下空气物性参数为:
密度:
ρm=1.134kg/㎡；比定压热容:
cpa=1.005kJ/（kg·K）；运动粘度：
υm=16.816*10-6㎡/s；普朗特数：
Prf=0.6993，热导率:
λm=0.027465W/（m·K）。
）
2）肋片效率及空气侧换热系数
根据肋片参数，冷凝器的空气最窄流通面积与迎风面积之比σ为：
σ=
=0.630147436
取迎面风速wf=1.6m/s，则最小流通面风速：
wmax=
=2.539088329m/s
当量直径：
deq=
=0.00422549m
单元空气流道长径比：
=8.608012187
空气雷诺数：
Ref=
=1088.65526>1000
根据流体流过百叶窗翅片管簇时的换热公式，有：
雷诺数:
Ref=1088.7
主要结果
设计计算及说明
主要结果
j5=-0.6027+0.02593*（
）0.52
=-0.62100548
j6=-0.4776+0.4077
=-0.222147774
j7=-0.58655
=-0.153995496
j=1.1373
=0.028068405
平直翅片管外表面传热系数为：
103.0937418W/（㎡·K）
对于叉排管有：
ρ，=1.27*
*
=3.094829807
肋片的当量高度：
h，=
*（ρ,-1）*（1+0.35*lnρ,）=0.010537917m
肋片的特性参数：
m=
=98.35319686m-1
（其中导热系数：
λf=203W/（m·K））
肋片效率：
ηf=
=0.749179051
冷凝器外表面效率：
当量表面传热系数:
αj=79.214W/（㎡·K）
主要结果
设计计算及说明
主要结果
ηs=
=0.768368202
当量表面传热系数：
αj=ηs*α0=79.21395303W/（㎡·K）
3．管内R290冷凝时表面传热系数计算
首先假设管壁温度tw，则平均温度：
tm=
根据R290管内冷凝换热有关计算公式：
αi=0.683
（其中:
Bm的取值由插值法取得）
再由热平衡可得管壁温度平衡方程：
将以上公式用MATLAB编程计算（具体过程见图1-2及图1-3）得tw=47.01℃时，等式成立，证明合适。
图1-2运行结果截图
管壁温度tw=47.01℃
主要结果
设计计算及说明
主要结果
图1-3程序代码截图
得内表面传热系数：
αi=2263.494109W/（㎡·K）
4．计算所需传热面积
考虑到传热管为纯铜管，取传热管导热热阻、接触热阻和污垢热阻之和：
r0=0.0048㎡·K/W
以管外面积为基准的传热系数为：
K0f=
=42.5267712W/（㎡·K）
平均温差为：
Δtm=
=11.13570406℃
管外面积：
A0f=
=12.05809869㎡
所需的肋片总长度：
内表面传热系数：
αi=2263.5W/（㎡·K）
设计迎风风速：
w=1.6m/s
实际迎风风速：
w=1.56m/s
主要结果
设计计算及说明
主要结果
L=
=42.4413136m
冷凝器每列管数29根，总管数为58根，单管有效长度0.74m，总的有效管长为42.92m，裕度为1.13%。
冷凝器高度0.6195m，实际迎风面积A=0.45843㎡，实际迎风风速w=
=1.561380454m/s，与风速初取值1.6m/s接近，设计合理。
5．风侧阻力计算
叉排时：
Δpw=1.2*9.81*A*（
）*（ρm*wmax）1.7=6.912355Pa
（其中A——考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A＝0.0113，对亲水膜取A＝0.007。
这里取A=0.0113）
五．冷凝器三维图及二维图
三维图用Creo按照实际尺寸1:
1绘制了总体的装配图，如下图1-4所示。
二维图用AutoCAD绘制，分别绘制了总体的装配图，弯头、侧护板、百叶窗翅片的零件图，详见所附图纸。
计算过程用excel计算，如下图1-5所示。
风侧阻力：
Δpw=6.9Pa
主要结果
图1-4三维模型图截图
图1-5excel计算表格
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