制冷原理与应用课程设计
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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 ................... 错误!未指定书签。
、设计计算 ........................................... 2
2.1选定蒸发器的结构参数 ................... 错误!未指定书签。
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
-—-
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 tfi=26 C,
湿球温度tsi=20C ;蒸发器送风干球温度tf2=21C，湿球温度 ts2=178C;管内R22的蒸发温度to=6C ;蒸发器负荷Q°=20KW。制 db Sf - f
A $ Sf 10 3 9.75 10 3 18 0115 10 3 0.286m2/m
1.8 10 3 冷工质R22质量流速g=140 kg/(m2 • 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 Nc=3排，每排管数NB=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do 9.52mm,钢管厚度t 0.35mm ；翅片选用铝套片，厚 度f
0.115mm,翅片间距Sf 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S1 25.4mm， 铜管竖直方向间距S2
22mm。
(2) 蒸发器的尺寸参数：
沿流动方向管排数Nc 3排，每排管数N=32O
(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:
铜管内径:
单位长度翅片面积:
单位长度翅片间管外表面积: db d 0 2 f (9.52 2 0.115) 9.75mm，
当量直径: deq 4A 2 S1 db Sf
f
S1 db Sf f 2 25.4 9.75 1.8 0.115
---------------------- 3.04mm
25.4 9.75 1.8 0.115 单位长度翅片管总面积：A2 A 2 A 2 0.566m2/m
翅片管肋化系数： A2 A2 °566 20.44
A1 di 0.00882
(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焓湿图可得进风点：
h 57.91kJ/kg , di 12.42g/kg ;出风点:h2 50.69kJ/kg , d2 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：
h4 42.37kJ/kg , d4 10.77kJ/kg , t4 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h3 53.93kJ/kg线的交点读得：
d3 12.10g/kg,t3 23.2C。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 uf 2.1m/s
1 )空气的物性。已知蒸发器空气入口干球温度为 tf1 26C,空气出
口干球温度tf2 21C,可确定空气物性的平均温度为：
空气在tm 23.5C下的热物性为：
vf 15.48*10-6m2/s, f 0.0257W/ m k , f 1.19kg/m3,Cpa 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：
由式Nu 仝 CRen -L "推得空气侧表面传热系数： 其中C 1.36-整 Ref 0.22 deq 因为 0.518-0.02315 — 0.00425 — 3 10 6 ― 0.1852
deq deq deq
代入上式得：C=0.220
n=0.45+0.0066 — 0.5931 ,m=-0.28+0.08 空-0.2228
deq 1000
贝卩： o 46.2W m2 k
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：
-2.6051
db
计算等效半径：
空 1.27、A 0.3 2.7681
rb . 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tanh 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仝1 f 0.786
A2
空气侧当量表面传热系数为：f os 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 1.0，汽化热 r=206kJ/kg，则 R22
的总流量为:
R22的总流通截面积：A兰8.26*10-4m2
g
每根管子的有效流通截面积：Ai -dL 6.1067* 10-5m2
4
蒸发器得分路数： Z A 13.5 ，取Z=14
Ai
每一路的 R22流量：qd 聖 0.008256kg/s
Z
0.2 0.6
R22在管内蒸发时表面传热系数可参照 岭 并考虑到管内蒸发
压力变化后的修正式为：
式中，Per为制冷剂临界压力。
如果是螺纹管，表面传热系数则需乘以系数 1.2。
由于R22与润滑油相互溶解，可忽略管内侧污垢。取翅片测污垢热 绝热系数为0.001( m2 k)/w,翅片与管壁间接触热绝缘系数之和为 2.5 10-3(m k)/w。得肋侧总表面积为基准的传热系数为：
外表面的热流量：
需要的传热面积为：
需要的总管路长为：
R22在管内蒸发的阻力为:
不同的制冷剂的最优流动阻力 po可按表6-13取值
蒸发 温管内 制冷
剂 度 厂C 径
/mm
R22
5 7.0 10.333 0.57 13.521 0.74 15.997 0.88 18.017 0.99
9.0 11.575 0.63 15.125 0.83 17.887 0.98 20.160 1.10
R134a 7.0 9.579 0.79 12.766 1.05 15.134 1.24 17.052 1.40
9.0 10.713 0.88 14.291 1.18 16.905 1.39 19.072 1.57
R410a 7.0 10.856 0.36 14.463 0.48 17.109 0.57 19.258 0.64
9.0 12.145 0.41 16.193 0.54 19.163 0.64 21.575 0.72 R22在管内蒸发时蒸发温度的降低值:
to
式中，po to 1c为蒸发温度为-1 c时蒸发温度随蒸发压力的变化率
经过计算可得：上 0.0631 C /Pa
po to 1C
于是 to 0.0613 Po 2.048q-0.09C
故实际传热温差为:
采用迭代法解上式可得：qi 11330 w/m2
因此外表面热流密度：qo < 5543w/m2
冷媒侧的表面传热系数： 2
i 2257.26w/(m k)
传热系数： K 32.6w/(m2 k)
工质压降： po 14kPa
蒸发温度下降值： to 0.88C
实际的传热温差为： tm 16.9C
所需要的传热面积 Qo 2
AF 36.2m2
q。
实际所需要翅片管总长为: l 63.98m
(7) 确定蒸发器的结构尺寸: 又 qi qo K tm 20.44 _0 09
1 5 2.048q「
0.0216 竺逬 In 20 2.04旳：09 qi 15 蒸发器长： IA 1.52m
NBNC
高： |B NBS 0.36m
宽: |C NCS2 0.066m 3
2.616m /s
fCpa tf 2 tf 1
迎风面积为：Ay IA|B 0.55m2
实际迎面风速为：w乞4.76m/s
Ay
与原假设的风速相符，不在另作计算。
(8) 阻力计算：
空气侧阻力： Pf 9.81 ― Wmax 1.7 24.7 Pa
deq
亲水膜取 0.007。
铝片数量： NF t 844 片
铝片重量： mF A/2 A f l 2.7 103 5.9kg
铜管重量： mt l d2 di2
5.72kg 4 8.89 103
参考书：
⑴王志远.制冷原理与应用[M].机械工业出版社，2013,北京.
⑵ 张小松.制冷技术与装置设计[M].重庆大学出版社，2008,重庆. Qo 风量为:
式中，为考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取 0.0113，对
