11热动5班邓爽402制冷技术课程设计说明书2.docx
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11热动5班邓爽402制冷技术课程设计说明书2
重庆大学本科学生课程设计
分体热泵型房间空调器的设计
学生:
邓爽
学号:
20114020
指导教师:
吴治娟
专业:
热能与动力工程
重庆大学动力工程学院
二O一四年五月
制冷课程设计说明书
一、设计目的、要求
(一)目的
本课程设计是“制冷及低温技术原理”的重要教学环节之一,通过这一环节达到了解制冷系统的设计内容,程序和基本原则,学习设计计算方法,巩固所学知识,培养学生运用所学知识解决工程问题的能力。
(二)要求
1.了解制冷装置设计的一般步骤;
2.培养运用设计规范、设计手册的能力;
3.能正确应用所学课程的知识进行设计计算;
4.初步具备绘制装置图纸的能力。
二.设计任务
设计分体热泵型房间空调器。
根据设计参数进行制冷/热泵系统的方案设计和热力计算,选配制冷压缩机,设计室外和室内换热器,完成辅助设备的计算和选用,以及制冷系统管路设计。
三、设计参数
(一)空调负荷
1、房间面积:
20m2
2、单位面积冷/热负荷:
130W/170W
3、制冷剂:
R22
(二)设计工况
1、工况(夏季)
室内干/温度:
27/19.5℃
室外环境干/湿球温度:
36.5/27.3℃
过冷度:
5℃
蒸发温度:
7.2℃
冷凝温度:
54.4℃
吸气温度:
15℃
2、热泵工况(冬季)
室内干/湿球温度:
20/13.6℃
室外干/湿球温度:
2/1℃
过冷度:
5℃
过热度:
5℃
蒸发温度:
2℃
冷凝温度:
46.71℃
四、系统热力计算
(一)制冷计算
过冷度:
5℃发温度:
7.2℃
冷凝温度:
54.4℃吸气温度:
15℃
个状态点参数
序号
P/bar
t/℃
h/(KJ/Kg)
ν/(m3/Kg)
S
0
6.2506
7.2
407.91
0.03775
1
6.2506
15
413.76
0.03937
1762.21
2
21.4556
82.06
445.99
0.01993
1762.21
3
21.4556
46.1
257.88
4
6.2506
7.2
257.88
2s
21.4556
95
457.9
0.01370
(以下计算公式来源于《制冷与低温技术原理》吴业正编)
(1)单位制冷量:
q0=h0-h4=407.9KJ/Kg-258.00KJ/Kg=149.9KJ/Kg
(2)单位容积制冷量:
qv=q0/v1=3807.467KJ/m3
(3)理论比功:
(4)指示比功:
(5)指示效率:
(6)性能系数:
指示值:
(7)冷凝器单位热负荷:
(8)制冷剂循环的质量流量:
(9)实际输气量:
理论输气量:
(10)压缩机消耗功的理论功率和指示功率:
(11)热力学完善度:
η=
(12)冷凝器热负荷:
(二)热泵计算
蒸发温度2℃冷凝温度46.71℃
过冷度5℃过热度5℃
制冷量Φ=2548.3W
序号
P/bar
t/℃
h/(KJ/Kg)
ν/(m3/Kg)
0
2
5.3083
406.09
0.04427
1
7
5.3083
409.74
0.04546
2
71.55
18
441.16
0.01506
3
41.71
18
200.16
4
2
5.3083
200.16
(1)理论比功:
(2)指示比功:
(3)冷凝器热负荷
(4)体积流量
(5)质量流量
(6)制热量
(7)热力学完善度:
η=
五、系统主要设备选型及设
(一)压缩机选型
已知制冷量为2600W,功率为0.5479KW
初步选型为:
美芝压缩机
型号
系列
代表机型
排量
制冷量
1Φ-50HZ-220/240V
SM
HSM185V1UFT
18.7cm3/rev
3698W
功率
能效比
电容
高度
排气管内径
回气管内径
829W
4.46W/W
35/370μF/V
301mm
8.2mm
12.9mm
压缩机校核
制冷理论功率:
547.9W
ηiηmηe=547.9646=84.81%
热泵理论功率:
故压缩机符合标准。
(二)蒸发器设计(以下计算参考吴业正《小型制冷装置设计指导》)
选择表面式蒸发器,用翅片管式换热器、双排。
1、选定蒸发器的结构参数
选用Φ10mm0.7mm的紫铜管,翅片选用厚为δf=0.2mm的铝套片,热导率为λf=237w/(m•k),翅片间距sf=2.2mm,管束按正三角形叉排排列,垂直于流动方向的管间距s1=25mm,管束按正三角形叉排排列,垂直于流动方向管间距S1=25mm沿流动方向的管排数为nl=4,迎面风速uf=2.5m/s。
2、计算几何参数
翅片为平直套片,考虑套片后的管外径为
db=d0+2δf=0.0104m
沿气流流动方向的管间距为
S2=s1cos30=0.02165m
沿气流方向套片的长度L=4s2=0.0866m
每米管长翅片的外表面面积
af=2(s1s2-)=0.4148m2/m
每米管长翅片间的管子表面面积
ab=πdb(sf-δf)=0.0297m2/m
每米管长的总外表面面积
aof=af+ab=0.4445m2/m
每米管长的外表面积
Abo=πdb1=0.03267m2/m
每米管长的内表面积
ai=πdi1=0.02702m2/m
每米管长平均直径处的表面面积
am=πdm1=0.029845m2/m
由以上计算得
aof/abo=13.606
3、计算空气侧干表面传热系数
1)空气的物性
由前可知,进口干球的干球温度ta=27℃,湿球温度ts1=19.5℃,R290的蒸发温度t0=7.2℃,当地大气压力PB=101.32KPa,要求出口空气的干球温度为17.5℃,湿球温度为14.6℃,蒸发器的制冷量为3500W。
空气的平均温度为
ta=(ta1+ta2)/2=22.25℃
空气在此温度下的物性约为ρa=1.196kg/m3
Cpa=1005J/(kg•k),Pra=0.7026,νa=15.88e-6(m2/s).
2)最窄界面处的空气流速
Umax=uf=4.7m/s
3)空气侧干表面传热系数
空气侧干表面传热系数
j=0.0014+0.2618=0.00852
ho==61.02w/(m2˙k)
4、确定空气在蒸发器内的状态变化过程
根据给定的空气进出口温度,由湿空气的h-d图可得
h1=55.6KJ/Kg,h2=KJ/Kg,d1=11.1g/kg,d2=9.2kJ/kg。
在图上链接空气的进出口状态点1和点2,并延长与饱和空气线()相交于w点,该点的参数是hw″=29.5KJ/kg,tw=9℃,dw″=7.13g/kg。
在蒸发器中空气的平均比焓为
hm=hw″+=47.1kJ/kg
在h-d图上按过程线与hm=47.1kJ/kg线的交点读得tm=21.4℃,dm=10g/kg。
析湿系数可由下式确定:
ξ=1+2.46=1.57
5、循环空气量的计算
qm==628.19kg/h
进口状态下空气的比体积可由下次确定
ν1==0.866m3/kg
qva=qmν1=544.01m3/h
6、空气侧当量表面传热系数的计算
当量表面传热系数
hj=ξh0
叉排翅片可视为正六角形,且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比为=1,且ρm=,故
ρ′=1.28ρm=2.554
肋片折合高度为
h′==10.735mm
m==63.57/m
ηf==0.8691
因此hj=84.02w/(m2˙k)
7、管内R22蒸发时表面传热系数的计算
作为迭代计算的初值,R22在5℃时的物性为
饱和液体的比定压热容Cp,l=1.198KJ/(Kg.k)
饱和蒸汽的比定压热容Cp,g=0.7705Kj/(Kg.k)
饱和液体的密度ρl=1.2573Kg/m3
饱和蒸汽的密度ρg=26.33Kg/m3
气化潜热r=199.4KJ/Kg饱和压力Ps=621.74Kpa
表面张力σ=10.6N/m
液体的动力粘度μl=2.025Pa.s
蒸汽的动力粘度μg=11.815Pa.s
液体的热导率λl=0.09175W/(m.K)
蒸汽的热导率λg=0.009915W/(m.K)
液体的普朗特数Prl=2.622
蒸汽的普朗特数Prv=0.918
R22进入蒸发器时的干度X1=0.16,出口干度X2=1.0。
R22总的质量流量qm==628.19Kg/h
作为迭代的初始值取,R290在管内的质量流速,则总的截流面积为
每根管子的有效流通截面为:
==
蒸发器的分路数
取Z=2,则每一分路中R410A的质量流量为
每一分路中R290在管内的实际质量流速为:
根据凯特里卡的通用关联式:
=
=
故:
=144.32
得到=2522.58
8、传热温差的初步计算
暂先不计R22的阻力对蒸发温度的影响
则有:
=14.54℃
9、传热系数的计算
由于R22与聚酯油能互溶,故管内污垢热阻可忽略,据文献介绍翅片侧污垢热阻、管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和()可取为,故带入数据得:
10、核算假设的的值
计算表明,假设的初值与核算值较接近,偏差小于0.258%,故假设有效
11、蒸发器结构尺寸的确定
蒸发器所需的表面传热面积
蒸发器所需传热管总长
迎风面积
取蒸发器宽B=800mm,高H=75.56mm,则实际迎风面积为
已选定垂直于气流方向的管间距为,故垂直于气流方向的每排管子数为
深度方向(沿气流流动方向)为4排,共布置16根传热管,传热管的实际总长度为
m
传热管的实际内表传热面积为
说明计算有30%左右的裕度。
还能允许能有较大的过热度。
(三)冷凝器设计(参考吴业正《小型制冷装置设计指导》)
1、有关温度参数及冷凝热负荷的确定
制冷剂R22,蒸发温度7.2℃,制冷量2600W,空气的比热容C=1.01,密度
项目
温度/℃
项目
温度/℃
冷凝温度
54.4
进出口风温差
8
进口温度
35
出口温度
43
强制通风空气冷却式冷凝器冷却介质温升为8-10度。
①
对数平均温差
冷凝器热负荷由热力计算可知为3380W,
2、翅片管簇结构参数选择及计算
选择Φ100.5mm的紫铜管为传热管,选用的翅片厚度为δf=0.15mm的波纹状整张铝制套片,取翅片节距Sf=2mm,迎风面上管中心距S1=25mm,管簇排列采用正三角形叉排,翅片根部外沿直径db=d0+2δf=0.0103m,每米管长各有关传热面积分别为
每米管长翅片侧面面积
每米管长翅片间管面面积
每米管长翅片侧总面积
每米管长管内面积
取当地大气压Pb=101320pa,由空气热物理性质表得,在空气平均温度tm=(35+43)/2=39℃的情况下,比热容Cpg=1007.1J/(kg˙k),导热系数λg=0.0269w/(m˙k),运动粘度νg=1.69464E-05m2/s,
在进风温度ta1=35℃条件下ρa=1.1095kg/m3。
冷凝器所需空气体积流量
=0.378
迎面风速:
迎风面积
迎风面高度:
H==0.336m
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