课程设计--何绍阳111

课程设计说明书

设计题目：空调器表面式蒸发器

专 业 ：热能与动力工程（制冷） 班级: 0706班

姓 名 ：何 绍 阳 学 号 ：U 2 0 0 7 1 1 8 5 7 指导老师：何 国 庚

李 嘉 谢 军 龙

华中科技大学

主 要 设 计 及 说 明 主要结果 （一）设计目标 设计一个蒸发器。 （二）设计条件：  设计条件：室外侧进风温度35度，冷凝温度50度，过 冷度5度，室内侧进风干球温度27度，湿球温度19.5 度，蒸发温度7度，过热度5度，压缩机指示效率0.75。  制冷量：2500W，制冷剂：R22, 蒸发器设计。 （三）确定设计方案 1 蒸发器类型选择：采用冷却强制流动空气的干式蒸发器。。 2 选定蒸发器的结构参数：选用φ9.52㎜×0.35㎜的紫铜管，翅片 选用缝隙式f=0.12mm的铝套片，翅片间距sf=1.58mm。条缝 高度sh0.99mm，条缝宽度ss1.32mm。管束按正三角形叉 排排列，垂直于流动方向间距S1=25.4mm，沿流动方向管排数 N=2。 （四）确定物性数据： 1、确定空气在流经蒸发器时的状态变化过程： 由给定的进风参数查h-d图，得： h1=55.2kJ/kg d1=10.95g/kg 根据风量选择原则取设计风量为： 风量为： qVa0.86Q00.250.8625000.25m3/h537.5m3/h （1） 进口湿空气的比体积v1： qVa537.5m3/h v1 RaT1(10.0016d1)pB287.4300(10.001610.95)3m/kg 1013200.866m3/kg（2） 空气的质量流量Ga： 主 要 设 计 及 说 明 主要结果 GaqVa/v1537.5/0.866620.67kg/h （3） 进出口空气比焓差h： hQ0/Ga2.53600/620.67kJ/kg14.5kJ/kg （4） 出口空气的比焓h2： h2h1h(55.214.5)kJ/kg40.7kJ/kg 设取传热管壁面温度tw=12.5℃，dw9.02g/kg 查得hw35.4kJ/kg。（取w 100%）得空气处理过程的饱和状态点w，连接1-w与h2线相交与2点，得到蒸发器出口空气状态干球温度t217C ,d29.5g/kg。 空气平均温度tamt1t2271722C 22空气在此温度下的物性为：am1.1966 kg/m3 ，cpa1005J/(kgK) ，Pr0.7026，am15.25106m2/s 主 要 设 计 及 说 明 主要结果 （5） 蒸发器中空气的平均比焓hm： 平均状态参数为： hmhwt20.5C,h1h255.240.7(34)kJ/kg45.0kJ/kg m h1hw55.235.4dm10.1g/kglnln40.735.4h2hwam1.1966 kg/m3 则hw线与1-w线相交于m点，同时查得空气的平均状态参数为： cpa1005J/(kgK) tm20.5C,dm10.1g/kg 2、R22在7℃时的物性为： Pr0.7026 l1257.3kg/m3g26.33kg/m3cpl1.19kJ/(kgK)cpg0.77kJ/(kgK)r0199.3kJ/kgl202.2106Pasg11.810Pasl91.75103W/(mK)g9.92103W/(mK)Ps0.62MPaPrl2.622Prg0.9186am15.25106m2/s （五）具体计算过程 1、 计算几何参数 翅片为平直翅片，考虑套片后的管外径为： dbD02f(9.5220.12)mm9.76mm 以图示的计算单元为基准进行计算，沿气流流动方向的管间距为：s2s1cos3025.43mm22mm 2沿气流方向套片的长度为： L2s2222mm44mm 主 要 设 计 及 说 明 主要结果 每米管长翅片的外表面积为： ff2(s1s2db2/4)/1000sf2(25.4223.141649.76)2m/m 10001.580.6126m2/m每米管长肋间的管外表面积为： 2fbdb(sff)sf103m2/m 9.76(1.580.12)1.580.02833m2/m每米管长的总外表面积为： ftfffb(0.61260.02833)m2/m0.64093m2/m 每米管长的外表面积为： ft0.64093m2/m fbodb10.009761m2/m0.03066m2/m 每米管长的内表面积为： fidi1(0.0095220.00035)1m2/m0.02771m/m每米管长平均直径处的表面积为： 2 fi0.02771m2/m fmdm1(0.0292185m2/m

0.009760.00882)1m2/m 2主 要 设 计 及 说 明 肋化系数： 主要结果 ft0.6409323.14 fi0.027723.14 当量直径： deq2(s1db)(sff)s1dbsff2(25.49.76)(1.580.12) 25.49.761.580.12deq2.876mm 最窄流通面积与迎风面积之比σ为 (sff)(sfdb)(1.580.12)(25.49.76) 0.5689 s1sf25.41.58 2、 计算空气侧表面传热系数： 最窄截面处空气流速： wmaxwf/1.5/0.5689m/s2.637m/s wmaxdb2.6379.76103雷诺数为：Ref1687.68 62.876mmam15.2510Ref1687.68 管外空气表面传热系数的计算，按《制冷原理与装置》附录D-1的计算公式，由于Ref>700，则 sf5ss6j7j4fj1.0691RefN dbsh其中 jjs1j40.5350.0170.0107N0.5368 s2j50.41155.5756NNNln24.20280.04861 RefRefRef3sssj60.26461.0491slns0.216s0.155 shshshj70.37490.0046ReflnRef0.0433Ref0.0003654

主 要 设 计 及 说 明 56ssffj7js于是 j1.0691Ref4N0.02271 dbsh 主要结果 jj 0jamwmaxcpaPr2/30.022711.19662.63710050.70262/3 91.125W/(m2K)析湿系数为12.46dmdw10.18.812.461.376 tmtw20.512肋片效率 对于正三角形叉排排列的平直套片管束，翅片效率f091.125W/(m2K) tanh(mh')可由式f 计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时'mh翅片的长对边距离和短对边距离之比A/B=1，铝的导热系数f236W/(mK)，则 m 20ff291.1251.37611m94.1m 2360.12103h' db('1)(10.35ln') 2又'1.27A25.40.31.2710.32.76（其中 B9.76 B25.42.6） db9.76 所以 db('1)(10.35ln')29.76(2.761)(10.35ln2.76)mm 211.65mmh'

主 要 设 计 及 说 明 故在凝露工况下的翅片效率为： 主要结果 tanh(94.111.65103) 0.729 f94.111.65103 空气侧当量表面传热系数 ffffb0.7290.61260.02833 j01.37694.1 肋片效率： ft0.64093f0.729 空气侧传热系数 95.94W/(m2K) 3、 管内R22蒸发时表面传热系数的计算 查R22的lgp-h图，得： t112C,h1411.59kJ/kg,x11t445C,h4h5256.38kJ/kg,x50.2413o j95.94W/(m2K) R22的lgp-h图 R22的单位制冷量 qomh1h5155.2kJ/kg 制冷剂平均干度 x

qom155.2kJ/kg x1x510.24130.6206 22x0.6206 主 要 设 计 及 说 明 则R22的总质量流量为 主要结果 R22的总质量流量为 qmQ0/qom2.53600kg/h57.99kg/h 155.2qm0.01611kg/s 57.99kg/h 蒸发器的分路数: Z=3 0.01611kg/s 作为迭代计算的初值，取热流密度qi13000W/m2，R22的质量流速为gi100 kg/(m2s) 则总流通截面为： Aqm/(gi3600)57.99/(1003600)m21.610810m42 每根管子的有效流通截面为： Aidi/42(0.00882)24m26.11105m2 蒸发器的分路数： 1.61081042.64 ZA/Ai56.1110取Z=3，则每一分路中R22的质量流量为 qm,dqm/Z57.99kg/h19.33kg/h 3每一分路中R22在管内的实际质量流速为： giqm,d3600Ai19.332kg/(ms) 536006.11102 87.88kg/(ms) 选用《制冷原理与装置》附录D中R22基于两相传热机理的凯特利卡制冷剂管内沸腾换热通用关联式 icccc1c025FrLc3B0FfL 1254其中 B0

qi137.4224104 gir087.88199.3主 要 设 计 及 说 明 1xc0xgi2FrL9.8l2di0.8 主要结果 0.5 0.09762 287.88 0.05652 9.81257.320.00882 gi1xdi87.8810.62060.00882ReL1454.37 6l202.210 0.80.4l 10.023ReLPrl di 391.75100.80.4 0.0231454.372.622 0.00882 119.25W/(m2K) 由于c0<0.65,则：c11.136,c20.9,c3667.2,c40.7, c50.3,FfL2.2 经计算得管内R22蒸发时表面传热系数 管内R22蒸发时表面传热系数 0.3i119.25[1.1360.097620.9250.05652 i2348.53W/(m2K) gl0.510.620626.330.62061257.30.8 667.27.4224104、 传热温差的初步计算： 则有： 40.72.2]2348.53W/(m2K) t1t22717mC14.427C t1t0277lnln177t2t0 5、 以管外面积为基准传热系数的计算 K01air01j ， （式中 r0rwrsatrt） am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

主 要 设 计 及 说 明 a（rwrstr）可取为4.83(m2K)/W，故 am K0 主要结果 传热系数: 123.1410.00482348.5395.9439.88W/(m2K) K039.88W/(m2K) 蒸发器宽B=420mm ，高H0.242m 深度方向（沿气流流动方向）为2排，共布置24根传热管，传热管的实际总长度为 6、 核算假设的qi的值 qiK0m23.1439.8814.42713313.6W/m2 计算表明，假设的qi初值13000W/m与核算值13313.6W/m较接近，偏差小于2.5%，故假设有效。 7、 蒸发器结构尺寸的确定 蒸发器所需的表面传热面积 22Ai'Q025000.1878m2 qi13313.6蒸发器所需传热管总长 LAi0.18786.777m fi0.02771迎风面积 Afqv,awf537.50.099537m2 3600取蒸发器高H=250 mm ，B=400 mm已选定垂直于气流方向的管间距为s125.4mm，故垂直于气流方向的每排管子数为 n1H/s12509.8 ，则取n19，蒸发器宽高25.4H(n10.5)s10.242m，B=420 mm则实际迎风面积 Af0.420.242m20.10122m2 深度方向（沿气流流动方向）为2排，共布置24根传热管，传热管的实际总长度为 lt0.42m7.56m lt7.56m

主 要 设 计 及 说 明 传热管的实际内表传热面积为 主要结果 裕度：11.67% 壁温： Ai9di0.42180.008820.42m0.2095m 22 lt/L7.56/6.7771.1167说明计算约有11.67%的裕度。 上面的计算没有考虑制冷剂蒸气出口过热度的影响，当蒸气在管内被过热时，过热段的局部表面传热系数很低，即使过热温度不高，过热所需增加的换热面积仍可高达10%~20% 。 9、壁温校核 由 tiqii13313.6C5.67C 2348.53 得 twt0ti75.6712.67C 比设计的壁温12.5 C 略高 ，设计合理。 8、空气侧的阻力计算 tw12.67C 空气侧的阻力 L Pd9.81Adeq核算风速wf1.7w ， 系数A= 0.0113 ammaxqv,aAf537.51.475m2 3600wmaxwf/1.475/0.5689m/s2.593m/s am1.164 顺排时 Pd9.810.0113故湿工况下 ' PdPd1.211.09Pa13.31Pa '叉排时 PwPd1.213.31Pa15.97Pa 1.7441.1642.593Pa11.09Pa 2.876Pw15.97Pa