毕业设计（论文）-双冷源冷水机组设计.doc

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1、合肥工业大学本科毕业设计 毕毕业业设设计计 院系名称院系名称 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 2015 年年 06 月月 12 日日 设计题目设计题目 双冷源冷水机组设计双冷源冷水机组设计 学生姓名学生姓名 学学 号号 专业班级专业班级 热能与动力热能与动力 11-4 班班 指导教师指导教师 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 目 录 摘要:.1 ABSTRACT:2 1 绪 论3 1.1 引言 .3 1.2 发展状况及前景 .3 2 制冷系统设计 5 2.1 方案确定 .5 2.2 本设计的题目与数据 .6 2.2.1 设计题目.6 2.2.2 设计工况.6 2.2.3 研究内容

2、.6 2.3 相关参数设定 .6 2.3.1 制冷单元性能工况.6 2.3.2 蒸发温度和冷凝温度确定.6 2.4 制冷剂的选择 .7 2.5 制冷循环热力计算8 2.6 压缩机的选型10 3 制冷单元换热器设计计算 12 3.1 空气进出口冷凝器的温差及风量12 3.1.1 冷凝器的对数平均温差.12 3.1.2 冷凝器风量风机计算.12 3.2 冷凝器结构的设计12 3.2.1 初步设计.12 3.2.2 空气侧传热系数计算.13 3.2.3 管内 R410A 冷凝时表面传热系数 .15 3.2.4 计算所需传热面积.15 3.2.5 风侧阻力计算.17 4 制冷单元蒸发器设计计算 18

3、4.1 冷冻水流量计算18 4.2 冷量负荷及介质流量18 4.3 设计对数传热温差初步计算19 4.4 结构初步设计19 4.5 干式蒸发器结构设计20 合肥工业大学本科毕业设计 4.5.1 初步结构设计.20 4.5.2 壳程换热系数计算 21 4.5.3 管内外 R410A的传热系数23 4.5.4 管外传热系数 25 4.5.5 计算管内流动阻力和平均传热温差 25 4.5.6 计算面积热流量及传热面积 25 4.5.7 水侧流动阻力计算.26 5 自然冷却时的换热器设计计算28 5.1 冷凝器设计参数28 5.2 空气进出口冷凝器的温差及风量28 5.3 冷凝器结构设计28 5.3.

4、1 冷凝器有关参数设计 28 5.3.2 肋片管各部分传热面积的计算 29 5.3.3 计算空气侧的传热系数 29 5.3.4 计算冷水在管内的传热系数.31 5.3.5 计算所需传热面积 32 5.3.6 风侧的阻力计算 33 5.4 流程布置对 R410A 冷凝器性能的影响 33 6 表面式换热器设计 36 6.1 换热器结构初步设计36 6.2 肋片管各部分传热面积的计算 .36 6.3 确定空气流通换热器时的状态过程 .37 6.4 计算空气侧的传热系数37 6.5 计算冷水在管内的传热系数39 6.6 计算所需传热面积 .39 6.7 风侧阻力计算41 7 辅助元件选型及计算 42

5、7.1 风机选择42 7.1.1 轴流风机选择.42 7.1.2 采用自然冷却时室外风机选择.43 7.2 制冷单元膨胀阀选择43 7.2.1 确定膨胀阀两端的压力差.43 P 7.3 壳体结构设计44 7.3.1 连接管的确定.44 合肥工业大学本科毕业设计 7.3.2 管板设计.45 7.3.3 法兰设计.45 7.3.4 支座的选择.45 结论47 致谢48 参考文献49 附 录 1 干式蒸发器主视图50 附 录 2 干式蒸发器左视图51 附 录 3 风冷冷凝器零件图52 附 录 4 自然冷却时风冷冷凝器零件图53 附 录 5 室内换热器零件图54 合肥工业大学本科毕业设计 第 1 页

6、共 61 页 摘要: 本课题是关于对 24 匹（60）风冷/蒸发压缩式双冷源冷水机组机房空KW 调的循环流程的设计，其中设计的主要流程包括关键部件的论证、压缩机选型、 换热器计算、制冷剂选择以及制热量的选择方案。 随着信息时代的发展，整个社会信息化程度的不断提高，对于数据中心机 房空调的需求也越来越大，在有限的空间内 IT 设备的密度和业务都不断增大， 随之而来的是用电负荷的逐渐加大，热流密度的不断提高，这就要求我们不断 探索新的空调解决方案。作为数据中心空调的集中冷源，冷冻水系统与各自独 立的直接膨胀式空调系统相比，制冷效率更高，设备更集中，运行更稳定，故 障率和维护成本更低，国外众多大型数

7、据中心普遍使用冷冻水空调系统。本设 计采用双冷源冷水机组在于充分利用室外冷空气对高温回水进行直接冷却，减 少压缩机的启动时间，从而达到节约资源。其中它与普通冷水机组最大的区别 在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却热交换盘管，优先利用环境冷空气冷却 盘管内的回水。通过冷冻水循环管路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与 机房内部空调气流组织的完美匹配，并且可以根据室内热负荷以及室外环境的 变化，对冷冻水流量进行灵活的调节，将自然冷却的效益发挥到最大，始终使 机组保持高效运行。 14 关键字：双冷源冷水机组； 机房空调； 自然冷源； 风冷 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 2 页 共 61

8、 页 Abstract: The main topic is about the circulation flow 24 (60kw) air / vapor compression chillers double cold source of design, process design, including the main argument of critical components, compressor selection, calculation of the heat exchanger, refrigerant selection and heating capacity o

9、ptions. With the development of the information age, the whole society to continuously improve the level of information, data center demand for room air-conditioning is also growing, in a limited space density IT equipment and services are increasing, and the attendant electricity load is gradually

10、increased, and continuously improve heat flux, which requires us to constantly explore new air conditioning solutions.As a centralized data center air conditioning cooling source, chilled water systems, compared with independent direct expansion air conditioning systems, higher cooling efficiency, t

11、he device is more concentrated, more stable, lower failure rate and maintenance costs, many large data centers abroad widespread use of chilled water air conditioning system. Double cold source chillers that take full advantage of this design uses high-temperature outdoor cold backwater direct cooli

12、ng, reducing start-up time of the compressor, so as to achieve the conservation of resources.Where it is with ordinary chiller biggest difference is that it is installed before the condensing coil natural cooling heat exchanger coil, designed to preferentially use backwater environment inside the co

13、ld air cooling coil. By careful design of frozen water circulation piping and control logic optimized to achieve a perfect match with the room air distribution inside and can change according to the indoor and outdoor environment, the heat load on the chilled water flow for flexible adjustment, natu

14、ral cooling to maximize efficiency, and always keep the unit running efficiently. Keyword: Double cold source chiller; CRAC; Natural cooling source Air-cooled 合肥工业大学本科毕业设计 第 3 页 共 61 页 1 绪 论 1.1 引言 制冷技术在国民经济中应用极为广泛，几乎没有一个部门不应用这一技术。 在食品工业方面，制冷技术应用最早。目前，在商业流通中冷库设施、冷藏船、 冷藏列车、冷藏汽车以及冷藏柜台、冰箱等装置的使用逐渐普及，而冷藏

15、库的 服务范围，随着社会经济、科学技术的发展以及人民生活水平的提高，空调技 术越来越广泛应用于日常生活及各种社会场所。 尤其是随着信息时代的快速发展，催生了更多的数据机房的建设，与此同 时，机房产生的大量的热量急需排出室内，以保证机房的机器能够安全的运行， 为了让机房的机器能保证在一定的温度范围内运行，需要利用制冷技术来解决 当前问题，通过机房空调的建设，可以实现数据机房的温度、湿度以及洁净度 保持在一定的范围内，这样可以实现恒温恒湿环境，使得机房的机器能够正常 的运行。 1.2 发展状况及前景 信息产业和数字化时代的快速发展，推动了数据机房的建设和数量，随着 机房空调的建设，机房空调在机房的

16、能耗的比例越来越高，由于机房的机器需 要全年运行在一定温度范围内才能保证其安全性，这使得机房空调需要一年四 季连续运行，尤其是在室内设定温度低于室外侧温度的季节，特别是在寒冷的 北方，常规的空调系统仍需要继续运行压缩式制冷系统，传统的压缩式制冷系 统工作效率不是很高，而且在工作容易出现故障，所以，新的制冷系统应运而 生。 15 目前较为常见的机房空调使用的制冷装置系统采用风冷冷水机组、水冷冷 水机组，若能利用室内外的温差来提供室内的冷量，这将大大减少空调系统的 能耗和运行成本,即为机房空调提供集中冷源的冷水机组需要常年运行即便在室 外温度很低的条件下也需要空调继续运行，当室外温度较低的条件下，

17、我们可 以利用室外的冷空气来冷却高温回水，这样我们就可以实现在不适用压缩机的 情况下，实现制冷效果，这种方法我们称之为自然冷却，不需要开启压缩机制 冷系统，即压缩机处于关闭状态，其中此冷水机组与常规的冷水机组的最大区 别在于它在冷凝盘管之前安装了自然冷却盘管内的回水。从而实现了根据室外 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 4 页 共 61 页 温度的不同切换制冷系统的运行方式。 在自然冷却冷水机组的基础上，相继提出了全新的数据中心的机房空调解 决方案，如阿尔西提出的数据中心自然冷却冷冻水系统，它通过冷冻水循环管 路的精心设计以及控制逻辑的优化，实现与机房内部空调气流组织的完美匹配，

18、并且可以根据室内热负荷以及室外环境的变化，对冷冻水流量进行灵活的调节， 将自然冷却的效益发挥到最大，始终使机组保持高效运行。又如目前较为先进 的处理方案就是基于热管技术的机房空调解决方案，主要是利用了热管实现了 相变制冷，其制冷效果比常规的制冷效果高出很多。 14 相信在不远的未来，机房空调的解决方案能够得到进一步提升，这样就能 节约更多的资源。 合肥工业大学本科毕业设计 第 5 页 共 61 页 2 制冷系统设计 2.1 方案确定 根据论文设计要求，本次设计采用双冷源冷水机组设计，其原理图见图 9 2-1 2-1 复合型机房空调模块方案图 1-节流结构 2-制冷单元冷凝器 3-制冷单元压缩机

19、 4-壳管式换热器 5-旁通电磁阀 6-室外冷凝器 7-室内末端装置 8-液泵 原理：根据选用的双冷源冷水机组设计要求，此设计夏季采用制冷压缩循 环，室内高温回水与制冷剂在壳管式换热器里面进行热交换，被冷却的低温冷 水继续进入室内，在室内末端装置处与室内高温空气进行换热，将热量带出室 内，这样就可以实现室内温度保证在一定的范围内。高温高压的制冷剂通过铜 管到达室外，经过室外风冷冷凝器，与室外实现热交换，变成低温高压的制冷 剂，在通过节流阀的作用，变成低温低压的液体，这样实现了机械制冷循环。 冬季时，当室外温度较低时，此时，可以关闭机械制冷系统，室内高温回水直 接通过三通阀，到达室外冷凝器，直接

20、与室外冷风进行换热，然后冷却的高温 回水又进入房间，实现无压缩机制冷，此制冷方式为自然冷却。 该冷水机组的特点： （1）采用自然冷源，当室外温度一定低的时候，可以关机机械制冷循环，实 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 6 页 共 61 页 现无压缩式制冷，此方案可以实现更多的节能，重要的是可以延长压缩机的寿 命。 （2）采用此方案，可以使系统工作在三个工作区，当室外温度较高时，采用 机械制冷循环，当室外温度处于一定范围时，可以开启自然冷却系统循环，室 内高温回水可以先通过室外翅片式冷凝器进行风冷，带走一部分热量，接下来 水在与制冷剂进行换热，这样可以实现一定量的节能。当室外温度足够

21、低时， 可以完全关闭机械制冷系统，直接用室外冷风进行冷却，可以实现无压缩制冷。 2.2 本设计的题目与数据 2.2.1 设计题目：60kw 风冷/蒸发压缩式双冷源冷水机组设计 2.2.2 设计工况：制冷量为 60kw，运行环境（-1050），并参考相关标准c 2.2.3 研究内容：本次课题研究主要是研究风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组的基 本工作流程设计，论证关键部件、制冷剂（R410a）的选择方案，并分析系统 的先进性。设计内容包括：热力计算、压缩机选择、换热器设计，附件选择， 系统集成。 2.3 相关参数设定 2.3.1 制冷单元性能工况 按 GB17758-2001 里面的规定，制冷单元性能

22、工况见表 2-1所示 6 表 2-1 制冷单元性能工况 室内侧空气状态（）c室外侧空气状态（）c 工况条件干球湿球干球湿球 使用工况 0 . 33 5 . 193524 2.3.2 蒸发温度和冷凝温度确定 （1）蒸发温度确定: 0 t 冷冻水进口温度= ，出口温度，则根据公式可确定蒸发温 1s tc 17cts 12 2 度为：； 0 t c tt t m ss 85 . 6 2 1217 - 2 21 0 其中为蒸发器中平均传热温差，对于氟利昂等制冷剂蒸发器取 6-8， m C 为了使机房运行时空调机组不产生冷凝水，提高机房空调的安全性，则本次设 计空调的冷水供回水温度由提升到。冷水温度的提

23、升，cc12/7cc18/12 13 可以使冷水机组的值可以更高，则系统节能效应更好；COP 合肥工业大学本科毕业设计 第 7 页 共 61 页 （2）冷凝温度确定： k t ；ctttk 501535 1 其中是进口空气干球温度（），按照当地夏季室外通风干球温度计算， 1 tc 为冷凝温度与进口温（干球）之差，取，本次设计取；tct 1510c15 （3）吸气温度确定： t 采用热力膨胀阀时，对于机房空调系统而言，蒸发器出口的气体过热度为 ，过冷（）在单级压缩系统中，节流前的液体的过冷是在冷凝器实c 53c 5 现的，在一般情况下取过冷度为。c 5 设计计算的计算工况如下： 环境参数：室内侧

24、干、湿球温度为，室外侧干、湿球温度为，c33c 5 . 19 ；cc 24,35 循环参数：蒸发温度=，冷凝温度，吸气温度，过冷温度 0 tc8c 50tkc 20t1 。c 49t4 2.4 制冷剂的选择 制冷剂选择对于制冷系统效率，以及对环境的健康程度有很大的影响。近 年来伴随着全球臭氧层破坏的加剧，以及人们对环保意识的在意，全球学者对 寻找和使用和类物质替代物的呼声越来越高。是消耗臭氧CFCSHCFCSCFCS 层的化学物质中最重要的一种物质，目前国际社会对其的使用和生产进行了严 格限制。 自制冷剂问世以来，被广泛运用于各个行业中，特别是运用于压缩机制冷 循环，近百年的发展，制冷剂已经从

25、单一的制冷剂发展到许多类型的制冷剂。 无机物自然工质氨、氮气、二氧化碳等，作为一种无毒、不燃、安全的自 然制冷剂，被广泛用于汽车空调、食品冷冻冷藏系统中，同样的近来年被广泛 用于超级计算机的冷却，具有较为广阔的前景，但是由于存在一些压力的原因， 还有很多问题有待解决。 其次是氟利昂制冷剂，如：R22（二氯二氟甲烷）、R12（二氯一氟甲烷）、 R134a（四氟乙烯），其中 R22 制冷剂属于 HCFC 类制冷剂，对环境有破坏作用， 目前已经进入限制和禁止使用的进程中。R134a（四氟乙烯）是目前广泛使用， 代替 R12 和 R22 的制冷剂。 R-134a（四氟乙烷）是一种不含氯原子的制冷剂，它

26、对臭氧层不起破坏作 用，其具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性） 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 8 页 共 61 页 的制冷剂，它的制冷量与效率与 R-12（二氯二氟甲烷）非常接近，所以被视为 优秀的长期替代制冷剂。如今 R-134a 是目前国际公认的 R-12 最佳的环保替代 品之一。 6 除了氟利昂之外，还有碳氢化合物组成的制冷剂，如 R600a、R290、R50 等 制冷剂，它们都是一些都碳氢组成的制冷剂，有很多优点。通过碳氢元素组成 的混合制冷剂，如共沸混合制冷剂和非共沸制冷剂，其共沸制冷剂相对于单一 的组分而言，具有很多优点，其中包括蒸发温度、

27、化学稳定性、单位容积制冷 量等等。非共沸制冷剂包括 R401A、R402A、R410 等等，其中 R410A 是一种新型 环保制冷剂，它的工作压力为普通制冷剂 R22 空调的 1.6 倍左右。 目前 R410A 新冷媒由两种准共沸的混合物包括 R32 和 R125 各 50%组成的， 主要有氢，氟和碳元素组成,其具有稳定，无毒，性能优越等特点。由于不含氯 元素，故不会与臭氧发生反应，即不会破坏臭氧层（ODP=0）。另外，采用 R410A 的新冷媒的空调在性能方面也会有一定的提高。 R410A 是目前国际公认的用来替代 R22 最合适的的冷媒之一，它并在欧美， 日本等国家得到普及，近来年在我国制

28、冷行业也得到广泛的运用，如 R410A 被 广泛的运用在谷轮压缩机之上。 本次设计选用配有 R410A 制冷剂的谷轮涡旋式压缩机，主要是考虑到 R410A 的一些优点出发，比如在相同的制冷量情况下，相同的冷凝温度条件下， 采用 R410A 系统能效比可以比 R22 高出 6%左右，由于压缩机在压缩过程中的损 耗更少，蒸发器和冷凝器具有更强的热传递性，整个系统内的压降更小。对于 R410A 的低压损失特性而言，小型商用空调系统中的大型压缩机会比小型家用 系列的空调压缩机收益会更多。 以下通过对比 R134a、R410A 的一些重要性质见表 2-5 10 表 2-5 制冷剂具体参数对比 重要性质A

29、R410a134R 运行压力%159%68 温度偏移C2 . 0C0 . 0 蒸发器热传递%135%90 冷凝器热传递%105%95 压力降低量%72%128 管径较小较大 合肥工业大学本科毕业设计 第 9 页 共 61 页 制冷剂充注量%70%100 系统性能系数%10598%10096 系统成本较低稍高 对比各制冷剂的优缺点方面考虑出发，本设计选择 R410A 作为本次设计使用 的制冷剂。 2.5 制冷循环热力计算 制冷循环压焓图如图 2-2 所示，本次设计选用的制冷工质为 R410A,根据查 R410A 制冷工质的压焓图可知，得到各点状态点的具体参数见表 2-2，热力计算 具体参数见表

30、2-3 所示 图 2-2 制冷循环的图h-lgp 表 2-2 制冷循环各状态点参数 状态点符号单位参数值参考来源 0 t C8 0 pkpa102 10.17 0 0 hkgJ /k 427.96 根据确定蒸发压力， 作等压线交饱和气体 线 0 点 1 t C20 1 kg/m3 0.028 1 1 hkgJ /k 438.55 的等压线交，查 0 p 1 t 图h-Lgp s2 t C81.30 2s s2 hkgJ /k 470.668 过点作等熵线，与 2 p 等压线交点 2s，= 2 p k p 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 10 页 共 61 页 2 t C88.24

31、 2 kg/m3 0.0104 2 2 hkgJ /k 478.70 取，求得85 . 0 i 2 h 4 t C44.83 4 pkpa102 30.33 4 4 hkgJ /k 280.72 等压线与过冷液 k p 4 t 体等温线的交点 4， 54 hh 表 2-3 热力计算性能具体参数 根据热力计算表 2-3 所知，在标准工况条件下，对应的制冷量为 60kw 的制 项 目计算公式单位数值备注 单位质量制冷量 410 hhq kgJ /k157.83 单位容积制冷量 10/v qqv3 /kJ m5636.7 单位指示功 12 hhwi kgJ /k40.15 单位冷凝热 42 hhqk

32、 kgJ /k197.98 理论制冷系数 ii wq / 0 13.93 设计制冷量 0 Q kw60 制冷剂质量流量 00/q Qqm s/kg0.38 压缩机理论排量 /q 1mhs q s/m30.0142输气系数取75 . 0 压缩机输入电功 率 miime wqW/ kw18.15 取，9 . 0 m 85. 0 i COP 0/e EERQW13.31 冷凝器负荷 kmk qqQ kw75.2 合肥工业大学本科毕业设计 第 11 页 共 61 页 冷循环，其 COP 值为 3.31，提高蒸发蒸发温度，可以制冷循环效率，对于数据 中心空调系统用于机房空调，空调的出风不必与普通空调那样

33、低，适当提高蒸 发温度，可以有效提升 COP 值，而且还可以防止温度过低导致的凝霜现象的发 生。因此，在满足被冷却对象的前提下，应尽可能的采用较高的蒸发温度。 2.6 压缩机的选型 压缩机作为制冷循环系统中最为重要的部件之一，压缩机的性能好坏，直 接影响到制冷循环的性能，所以，在选用合适的压缩机，不仅要求满足制冷循 环的制冷量，同样也可以防止制冷量过剩而导致的浪费现象。 目前市场中常用的压缩机的种类很多，可分两大类：容积式和速度型。其 中容积式压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。这类的压 缩机又分往复式和回转式压缩机。往复式又称活塞式。其中速度型压缩机是靠 旋转的叶轮对蒸汽做功

34、，使压力升高以完成蒸汽的输送，这类压缩机又分离心 式和轴流式。 本次设计制冷量为 60kw，要求使用的制冷剂为 R410A，其中活塞式压缩机主 要运用制冷量较小的家用空调系统，螺杆式压缩机主要运用大型的冷水机组， 其制冷量要求在 120KW 以上，所以并不适合于本次设计要求，所以从多方面的 角度出发，选定美国艾默生谷轮涡旋式压缩机系列的压缩机作为本次设计的压 缩机。 根据已知条件对压缩机进行计算选型： 1 吸气状态的比体积：kgmv/108 . 2 32- 1 压缩机的实际输气量：smvqq mvs /0106 . 0 028. 038. 0 1 压缩机的理论输气量： s/0142 . 0 3

35、 m q q vs vh 制冷压缩机的理论功率、指示功率 0 p i p kwhhwqp smom 07.13438.55-668.470407 . 0 )q 120 ）（ =，其中等熵效率 i o i p p kW38.15 85. 0 07.13 85 . 0 i 根据计算选型，选择谷轮压缩机，其型号为 ZP285KCE，具体参数见表 2-4 表 2-4 压缩机具体参数 制冷能力 型号 名义 匹数W 输入 功率 电流 A COP W/W EER排量 ccl/Rev 注油 量 净重 Kg 电流 A 噪音 功率 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 12 页 共 61 页 TWD ZP

36、285KCE TW5 TW7 23.88150024800 36.1 72.2 43.7 3.2811.2253.26.3 177.4 176.9 177.4 250.0 500.0 305.0 89.0 根据实际情况选择该型号的压缩机作为设计元搜集，其中压缩机的理论排 气量为，比实际过程中所需要的 smsmvccl/015 . 0 / 60 360010 2 . 253 Re/2 .253 33 6 理论输气量大，所以选择该压缩机型号满足要求。s/m0146 . 0 3 3 制冷单元换热器设计计算 3.1 空气进出口冷凝器的温差及风量 根据制冷单元热力计算，实际过程中考虑到冷凝器 10%-2

37、0%的余量，则 16 在设计计算的取冷凝器设计负荷为 90kw，根据制冷单元使用工况来确定参数内 容，其具体参数见表 3-1 3-1 冷凝器设计参数 冷凝器负荷 kw 进口空气温度 ）（ c 1 t 出口空气温度 ）（ c 2 t 冷凝温度 ）（ c k t 进出口温差 ）（ ct 903543508 其中空气进出口温差一般选择，本次设计选择。关于的c 10-6c 8t k t 选择，越高，冷凝器的换热面积越小，但是压缩机的排温和耗功会增大， k t 的选择应按照使用条件和技术要求和经济性来选择，一般与进风温度控 k t 5 k t 制在为宜，并且采用全封闭式压缩机时，可取冷凝器温度，c15c

38、tk5550 以加大传热温差。所以本次设计冷凝器的冷凝温度选择。ctk 50 3.1.1 冷凝器的对数平均温差： C tt tt tt k k 5 . 10 7 15 ln 8 4350 3550 ln 8 ln 2 1 12 m ）（1-3 3.1.2 冷凝器风量风机计算 根据空气定性温度为冷凝器进出口温度平均温度：，空C 39 2 tt t 21 m 气温差，在平均温度条件下的空气物性参数为：比定压热容为C 8t 合肥工业大学本科毕业设计 第 13 页 共 61 页 ，运动粘度为，热导率)/(kJ005 . 1 cpakkgs/m1096.16 26- m ，密度为，计算冷凝器风量)/(w

39、0276 . 0 m km 3 m /kg128 . 1 m va q hms Q /36000/m 0 . 10 81005128 . 1 90000 tc q 33 pam k va ）（2-3 3.2 冷凝器结构的设计 3.2.1 初步设计 本次设计选择铜管作为传热管设计，肋片选择平直翅片mm8 . 052 . 9 5 （铝片），肋片厚度为，肋片节距，排管方式采用正三mm12 . 0 f mm7 . 1sf 角形排列，在迎风面上的管间距，排间距。mm25s1mmss65.2130cos 12 （1）管外肋片单位面积 f f m/m549 . 0 0017 . 0 4/)00976. 0(

40、14 . 3 -022 . 0 025 . 0 2 s 4/d-ss2 f 2 2 f 2 b21 f ）（ )33( 其中 mmmm/00976 . 0 /200012 . 0 00952 . 0 d 22 b ）（)43( （2）肋间管外单位表面积 b f m/m0285 . 0 0017 . 0 00012 . 0 -100976 . 0 14 . 3 s -1df 2 f f bb ）（）（ )53( （3）管外总单位表面积 t f mmmmfff bft /5775 . 0 /0285 . 0 549 . 0 22 ）（)63( （4）管内单位表面积 i f mmmmdf ii /0

41、249. 0/)20008. 000952 . 0 (14 . 3 22 )73( （5）肋化系数 2 .23 0249 . 0 5775 . 0 i t f f )83( 3.2.2 空气侧传热系数计算 根据冷凝器迎风面风速的范围要求，对于迎风面的风速选择，一般的越 f w 高则传热系数越高，但是阻力会增大，风机耗功也会增大，综合考虑实际情况， 应取，本次选择迎风面上的风速为，冷凝器的管排数 f wsm/5 . 3-5 . 2smwf/3 选择，沿空气流通方向的管排数越多，则后几排的传热量越少，为提高换热面 积的利用率，管排数一般选择为排为好，本次设计气流方向上的管排数选6-2 24 匹风冷

42、/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 14 页 共 61 页 择为，则计算过程如下：4n (1)肋片效率、空气侧的传热系数，根据肋片的设计参数，计算冷凝器的空气最 窄流通面积上与迎风面积之比为 567 . 0 7 . 125 )76. 925()12 . 0 7 . 1 ( )( 1 1 f bff ss dss )93( 迎风面上的风速为，则最小流通面上的风速为smwf/3 max w smsm w w f /3 . 5/ 567 . 0 3 max )103( 其中当量直径为 eq d mmmm sds sds d ffb ffb eq 86 . 2 76. 92512 . 0 7 . 1 )

43、12 . 0 7 . 1)(76 . 9 25(2 )(2 1 1 )113( 空气的雷诺数 f Re 894 1096.16 00286 . 0 3 . 5 Re 6 max m eq f dw ）123( 单元空气流道长径比 7 . 22 00286. 0 30cos025 . 0 3 00286 . 0 30cos 1 ns d L eq )133( 根据流体流过整张平套片管管簇时换热公式可知有 176. 0) d (103) d (000425 . 0 d 02315 . 0 -518. 0 36-2 eqeqeq LLL A)143( 其中：20. 0 1000 e24 . 0 -3

44、6 . 1 f ）（ R AC 60 . 0 L 0066. 045 . 0 n eq d 208. 0- 1000 e 08 . 0 28 . 0 -m f R 对于平直翅片的管外传热系数 0 )/(41.65)(Re d 2 m 0 kmw d L C m eq n f eq )153( 其中1 . 1 对于叉排管有：3 . 0-127. 1 合肥工业大学本科毕业设计 第 15 页 共 61 页 其中 56 . 2 76 . 9 25 d s b 1 则 72. 27 . 056 . 2 27 . 1 )163( 计算肋片的当量高度 h m d h b 0113. 0)ln35. 01)(

45、1( 2 )173( 计算肋片特性参数m 11 3 0 27.73 1012 . 0 203 4 . 6522 mmm ff )183( 其中铝片的热导率)/203 f kmw（ 肋片的效率 f 82. 0 83 . 0 68 . 0 )( hm hmth f )193( 冷凝器外表面的效率 s 83 . 0 5775. 0 0285. 082. 0549 . 0 s t bff f ff )203( 则当量表面传热系数 ）（kmw s / 2 . 54 0j 3.2.3 管内 R410A 冷凝时表面传热系数 假设管壁的温度，则平均温度Ctw 47 m t C tt t kw m 5.48 2

46、 5047 2 )213( 根据 R410A 管内冷凝器换热的有关计算公式： 4 1 4 1 4 1 )(683.0 wkimsi ttdBr 4 1 4 1 4 1 )(99.3470)()00902 . 0 (98.8034.19683 . 0 wkwki tttt)223( 其中，表示汽化热，根据文献 2 查得 R410A 在条件下时的数值为 s C 5 . 48 140200，则。34.19 4 1 s r 表示冷凝液膜组合物性参数，根据，根据文献 2， m B 4 1 3 )/81 . 9 ( m B ，则，代 3 /m916.6427kgkmw/0764 . 0 sm /1012

47、. 9 28- 98.80 m B 入上式中，可求得 i 根据热平衡可得到壁温平衡方程为：)()( mwtjwkii ttfttd 24 匹风冷/蒸气压缩双冷源冷水机组设计 第 16 页 共 61 页 )395775 . 0 4 . 62)(00902 . 0 )(99.3470 4 1 wwkwk ttttt（ 整理得到： ）（3904.36)50(36.98 4 3 ww tt )233( 由试凑法得到当时，等式两边相等，与设定值相近。Ctw 5 . 46 所以： )/( 7 . 2536) 5 . 4650(99.3470 2 4 1 kmW i )243( 3.2.4 计算所需传热面积 根据实际情况，考虑到传热管采用