制冷原理与应用课程设计

制冷原理与应用课程设计

设计题目：20KW冷却空气的表面式蒸发器设计

专业班级：能动13 __________________

姓名：王强______________________

河南理工大学

2016.7.

、课程设计任务书..................

、设计计算 (2)

2.1选定蒸发器的结构参数...................

2.2蒸发器的尺寸参数 (2)

2.3蒸发器的几何参数计算 (2)

2.4确定空气在蒸发器内的状态变化过程 (2)

2.5空气侧换热系数计算 (3)

2.6冷媒侧表面传热系数计算 (5)

2.7确定蒸发器的结构尺寸 (8)

2.8阻力计算..................... '—k

二、参考书

设计任务书

请设计一台冷却空气的表面式蒸发器。室内回风干球温度t fi=26 C,湿球温度t si=20C ;蒸发器送风干球温度t f2=21C，湿球温度t s2=17.8 C;管内R22的蒸

发温度t °=6C ；蒸发器负荷Q o =2OKW 制冷工质R22质量流速g=140 kg/(m 2 -s) 所采用铜管的直径厚度，铜管排列方式，铜管水平方向间距和竖直方向间距均 与教材205页例题中条件一致。沿空气流动方向管排数 N =3排，每排管数N =32 要求：最后连同封面和设计任务书，加上自己做的设计说明书，一起打印。另 用CAD 软件画图，画出设计的表面式蒸发器的正视图和侧视图。

（1）选定蒸发器的结构参数：

纯铜光管外径d o =9.52mm ,钢管厚度0.35mm ；翅片选用铝套片，厚度

f

=0.115mm ，翅片间距S f =1.8mm ;铜管排列方式为正三角形叉排；翅片形式为

开窗，翅片用亲水膜处理；铜管水平方向间距

25.4mm ，铜管竖直方向间距

S 2 =22mm 。

（2） 蒸发器的尺寸参数：

沿流动方向管排数N c = 3排，每排管数N =32

（3） 蒸发器的几何参数计算：

翅片为平直套片，套片后的管外径：

d b 二 d o 2、f = (9.52 2 0.115)= 9.75mm ，

铜管内径： 当量直径： d ”4A = 2S1-

d b

S f

=

2 25.

4

-9.7

5 1.

8

-0.115

=

3.04mm

U

(S 1 —db )+(Sf — & ) (25.4—9.75)十(1.8—0.115)

单位长度翅片面积:

单位长度翅片间管外表面积:

二 9.75 苗 1.8-0.115

10“

1.8沢10‘

单位长度翅片管总面积：A^ A 2 A

0.566m 2/m

翅片管肋化系数： ，空=巴=20.44

A 1 兀d 兀 5.00882

（4）确定空气在蒸发器内的状态变化过程：

2

二 0.286m

根据给定的空气进出口温度由湿空气的焓湿图可得进风点:

h i =57.91kJ/kg , d i =12.42g/kg ;出风点：h^50.69kJ/kg , d^ 11.61g/kg 。

在湿空气焓湿图上连接状态点1和2,并延长与饱和空气线相交与饱和点 4,

示意图如下图所示。 该点的参数是：

h 4 =42.37kJ/kg , d^10.77kJ / kg , t 4=15°C 。

在蒸发器中空气的平均比焓：

在焓湿图上按过程线与平均比焓点h 3 = 53.93kJ/kg 线的交点读得：

d 3 =12.10g/kg,t 3 =232C 。析湿系数可由下式确定，即：

（5）空气侧换热系数计算：假定迎面风速 u ，2.1m/s

1 ）空气的物性。已知蒸发器空气入口干球温度为

t f1=26C ,空气出口干球温

度t f2 -21C,可确定空气物性的平均温度为： 空气在t m 二23.5C 下的热物性为：

v f =15.48*10-6m 2

/s, f =0.0257W/ m k ,心=1.19kg/m 3

,C pa = 1.0065kJ / kg C 。

2 ）最窄截面处空气流速。

3 ）空气侧表面传热系数。空气侧的雷诺数为： f l ¥

= CRe ； — |推得空气侧表面传热系数: id eq 丿

因为

"

518-0.

02315

±

O.。

0425

代入上式得:C=0.220

n=0.45+0.0066 — =0.5931,m=-0.28+0.08 -Re f

-0.2228

d eq

1000

由式Nu 上 其中6；1.36-込空

_ 1000

= 0.22

丄 J.1852

id eq 丿

铜管叉排的修正系数为1.1 ,开窗片的修正系数为1.3 ,则空气侧表面传热系数

为：

4 )空气侧当量表面传热系数。对于叉排翅片管簇，有：

B

=-=2.6051

d b

计算等效半径：

兰=1.27半胆—0.3 = 2.7681

r b \ B

式中，A, B分别为六角形长对边距离与短对边的距离，正六角形时，A=B 由彳二bnh mh计算翅片效率：

mh

计算翅片当量高度：

则翅片效率：f =0.7744

表面效率：s=1_'1— f =0.786

A

空气侧当量表面传热系数为：〉f v o s =72.65W/m2 k

(6) 冷媒侧表面传热系数计算设R22进入蒸

发器的干度

X1 =0.16，出口蒸发器时X2 = 1.o，汽化热r=206kJ/kg，则R22的总流量为:

R22的总流通截面积：A二型=8.26*10-4m2

g

每根管子的有效流通截面积：A i = 6.1067* 10-5m2

4

蒸发器得分路数：Z = A =13.5 ，取Z=14

A i

每一路的R22流量：q d 二丫=0.008256kg/s

Z

0.2 0.6

R22在管内蒸发时表面传热系数可参照〉二:q m q2并考虑到管内蒸发压力变化

d i.