课设题目：空冷冷凝器

　　一、设计条件：

　　某空调制冷机组采用空气冷却式冷凝器，要求制冷剂冷凝液过冷度5℃，压缩机在蒸发温度5℃，冷凝温度45℃时的排气温度为80℃,压缩机实际排气量为160kg/h；冷凝器空气进口温度为35℃。

　　二、其他参数

　　1、制冷剂采用R134A

　　2、采用肋片管式空冷冷凝器

　　3、传热管采用紫铜套铝片，参数自定，正三角形排列（错排）

　　三、完成内容

　　1.确定冷凝器热负荷，并进行冷凝器设计计算 2.提交计算程序以及计算说明书 3.相关工程图纸

　　一、计算冷凝器热负荷

　　由所给条件画出压焓图

　　1.根据tk=50℃和排气温度tdis=80℃,以及过冷度dt=5℃在 R134A压焓图上可以查出hdis=460kj/kg以及过冷液体要求hc=250kj/kg.所以冷凝器热负荷为 qmr*(hdis-hc)/3600=9.333kw

　　2.取进出口空气温差为8℃，则定性温度为39℃，可求出空气流量 qv2=1.029 m3/s 4.单位管长肋片面积Af2=0.5294 肋间基管表面积 Ab2=0.03 肋管外总表面积 A2=Af2+Ab2=0.5594

　　二、冷凝器的初步规划及有关参数选择

　　管排方式采用错排，正三角形排列。管间距s1=25.4mm 排间距s2=22mm

　　紫铜管选用10*0.7，翅片厚度df=0,12mm,肋片间距sf=1.8mm,沿气流方向管排数n=2排。

　　三，设计计算流程图 输入传热参数 Qk、tk、ta1、ta2输入结构参数：do、S1、S2、Sf、δf、δ尺寸参数：排数NB、每排排管数NC 型式参数：平片、光管、亲水膜、叉排由翅片管参数计算ff、fb、ft、肋化比β重设ωf计算风量Va，假设迎面风速ωf，求出ωmax计算空气侧换热系数αa、翅片效率η重设tw假设壁温tw，计算冷媒侧传热系数α由热平衡求出tw'否ift翅片型式铜管型式Abs(tw-tw')/tw>Pst;

　　pz=Pst+_p2*wf2*wf2/2;

　　cout}

　　//确定空冷冷凝器尺寸

　　//空

　　五、程序运行结果

　　六、结果分析

　　在设计计算中，需要先假设一个迎面风速，算出管内外换热系数和传热系数传热面积后会得出实际迎面风速。假设的和实际值需很接近才可以。所以在程序中，使用循环来完成此工程，省去了反复的迭代过程。

　　在该题的设计中，*后得到迎面风速为3.4698m/s.具体结果见运行程序后的截图。在课设的编程过程中，在计算管内侧冷凝换热系数时，要解管内外热平衡关系的方程，使用C++编程来接方程是很难的。经过很久的研究，终于使用牛顿迭代法编出了能解次方程的程序，但是*好的调试过程还是没有成功，只能自己手动解了方程，再放入程序中。

　　1.1 确定物性数据

　　热流体进口温度：337.85K,出口温度：337.85K 冷流体进口温度：300.15K,出口温度：317.15K 定性温度:可取流体进口温度的平均值。

　　壳程甲醇蒸气的定性温度为T=337.85K，T2=337.85K，T1= 337.85K 管程冷却水的定性温度为t1=300.15K，t2=317.15，t=(300.15+317.15)/2=308.15K

　　【2】根据定性温度，分别查取相关文献[1]，壳程和管程流体的有关物性数据

　　甲醇蒸气在337.15K下的物性数据: 密度 ?1=1.19Kg/m3

　　定压比热容 cp1=1.620KJ/(Kg?K)热导率 ? 1=0.013KJ/(Kg?K)粘度 ? 1=0.011mPa?s 汽化潜热 ? =1100KJ/Kg 冷却水在308.15K下的有关物性数据: 密度 ?0=994.06Kg/m3 定压比热容 cp0=4.165KJ/(Kg?K)热导率 ? 0=0.623KJ/(Kg?K)粘度 ? 0=0.7245mPa?s 1.2 估算传热面积 1.2.1热流量 甲醇质量流量：

　　Ws1=1.2×3600×1.19=5140.8Kg/h=1.428Kg/s 甲醇热负荷：

　　Q1?=5140.8×1100=5.655×106KJ/h=1570.8KW 1.2.2平均传热温差

　　（337.85-300.15）（-337.85-317.15）?t1-?t2=≈ 28.36K =?tm337.85-300.15?tlnln1337.85-317.15?t2其中?t1=T1-t1，Δt2=T2-t2，T1=T2=337.85K 1.2.3冷却水用量

　　=5.655×106/[4.165×（317.15-300.15）]=.2Kg/h Ws0=Q0（Cp0Δt0）=22.2Kg/s 1.2.4传热面积初值估算

　　查文献[1]取总传热系数K=800W/(m2?K)

　　估算传热面积:A估=Q（KΔtm）=1570.8×10/（800×28.36）=69.235m 1.3 核算总传热系数K 1.3.1管径和管内流速

　　选用Φ19mm×2mm的碳钢管，取管内ui=0.57m/s,其内径di?0.015m，外径do?0.019m

　　321.3.2计算管程数和传热管数

　　根据传热管内径和流速确定单程传热管数

　　ne?Vπ2diui4=22.2994.06=221.83≈221（根）

　　0.785?0.0152?0.57按单管程计算，所需传热管长度为

　　L=69.235A估==5.25m πdone3.14×0.019×221根据传统换热器管长可取6米单程换热器，则传热管总根数

　　NT=221（根）

　　1.3.3平均传热温差校正及壳程数

　　平均传热温差校正系数 337.85-337.85R==0 317.15-300..15-300.15P==0.45 337.85-300.15查文献[4]，按单壳程温差校正系数应查有关图表。可得Φ? t=1平均传热温差

　　?t'm=ΦΔ t?tm=1×28.36=28.36℃ 1.3.4传热管排列和分程方法

　　采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×19=23.75≈25(mm)查文献[8]，对于单管程换热器，横过管束中心线的管数nc?1.1221?16.35?17根 管束的分程方法：采用单管程共有传热管221根，1.3.5壳体内径

　　本设计采用单管程结构正三角形排列，查文献[6]，壳体内径可用下式计算：

　　‘D=t（nc-1）+2b，管束中心线上*外层管的中心至壳体内径的距离b'?1.5do?1.5?19?28.5mm 则壳体内径为：

　　（17-1）?1.5?19=428.5mm D=25圆整后取壳体直径为D=500mm 1.3.6折流板

　　采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高为h'=0.25×500=125mm 两相邻折流挡板的距离（板间距）为： h=0.8D=0.8×500=400mm，故可取h=400mm, 折流板数目：NB?传热管长6000-1=-1=14（块）

　　400折流板间距折流板圆缺面水平装配。1.3.7污垢热阻和管壁热阻

　　管程冷却水的污垢热阻 Rdi=0.m2?KW 壳程纯净甲醇气体的污垢热阻 Rdo=0 管壁热阻

　　Rw=b?w，其中b为传热管壁厚，m ；w为管壁热导率，W/(m?K)

　　碳钢在308.15K下的热导率为51.10W/(m?K)，所以

　　Rw=0.002=0.m2?KW 51.101.3.8管程给热系数

　　π?管内流通面积

　　Ai=di2ne=×0.0152×221=0.0390m2

　　4422.2管内流速

　　ui?Ws0 ==0.5726m/s

　　ρ0Ai994.06×0.0390管内雷诺系数

　　Rei=

　　diuiρ00.015?0.5726?994.06==.65（湍流）

　　0.7245?10-3μ0cp0μ0λ0管内普朗特数

　　Pri=对流传热系数

　　αi?0.?0.7245?10-3==4.844

　　0.623λ0?0.8?0.4?0.023?0.623?0.80.4ReiPri.65?4.844

　　0.015di=3245W/(m2?K)1.3.9壳程给热系数

　　查文献[4]，壳程对流传热系数

　　αo?0.725(ρ2gλ3γn23μdoΔt14)

　　式中，为比汽化热，JKg

　　?为冷凝液的密度，Kg/m3

　　λ为冷凝液的热导率,W/(m?K)

　　?为冷凝液的黏度,mPa?s

　　?t为饱和温度Ts与外壁温度Tw之差，n为水平管束在垂直列上的管子数，该换热器为单管程单壳程共221跟管子，管子按照三角形排列，则有 n≈10

　　?定性温度取膜温，即T定?TsTw

　　2现假设管外壁温Tw?330K，则

　　?t?Ts-Tw?337.15-330?7.15K

　　Ts?Tw?337.15?330?333.575K?在该定性温度下： T定22ρ?760.6kgm3，μ?0.342mPa?s，λ?197.8mW(m?K)

　　αo?0.725(ρgλγ3214n23μdoΔt)?9.81?0.?1100?.6?0.725（?）23-3?0.342?0.019?7.

　　=2805W/(m2?K)1.3.10壁温核算

　　热流体在管内流动，Ts=337.15K，则单根水平管的传热量Q.8?103W?7107.69W，根据壁温公式有 Q单?Q单?-ttw-t ?Tww?11b11(?Rdo)(?Rdi)αoαiAoλwAmAiT-Tw式中，Tw为管外壁温，tw为管内壁温，Rdi为管程冷却水污垢热阻，Rdo 为壳程纯净甲醇气体的污垢热阻，b为管厚度，Ai为单根换热管的内表面积，Ao为单根换热管外表面积，Am为单根换热管平均表面积，w为碳钢热导率。

　　Q单?337.15-Tw，求得 Tw=330.07K，这与假设相差不大，可以接11?.14?0.019?6受。

　　1.3.11计算总传热系数K

　　K?11dd?Rdo?Rdi?o?oαodiαidiλwdm1bdo

　　式中 di为管子内径，do为管子外径，dm为管子平均直径，αi为管程传热系数，αo为壳程传热系数。Rdi为管程污垢热阻，Rdo壳程污垢热阻，w为碳钢热导率

　　将已知数据代入上式，得

　　K?110.0020.0190..019?0?0.?.100.0170..015

　　=818.83W/(m2?K)

　　1.3.12计算传热面积裕度

　　Q.8?103传热面积Ac?67.643㎡

　　KΔtm818.83?28.36实际传热面积

　　Ap=πdolNT=3.14×0.019×6×221=79.109㎡

　　该换热器的面积裕度为

　　H?Ap-AcAc?79.109-67.643?16.95%

　　67.643传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。1.4 核算压力降 1.4.1管程压降?Pi

　　查文献[9]，ΣΔPi?(ΔP1?ΔP2)FtNsNp

　　式中，Ft为结垢校正系数；Ns壳程数；Np为管程数；P1为直管阻力压强降，Pa;P2为回弯管压强降，Pa；

　　查文献[3]，取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则.65Rei?edi?0.1?0.，而15，于是

　　λi?0.1(edi?68Rei)0.2368?0.1(0.?).650.23?0.lρ0ui.06?0.ΔP?0.?2376.63pa1?λi0.0152di22ρ0ui2994.06?0.5726?3?488.88pa ΔP2?3?22对正三角形排列Ft=1.4，且Ns=1，Np=1，则

　　.63?488.88)?1.4?1?1?4011.714pa ?Pi?(?P1?P2)FtNsNp?(.4.2壳程压降

　　壳体流通面积

　　So?h(D?ncdo)=0.4×（0.5-17×0.019）=0.0708m2 因为，Ws1=1.2Kg/s，所以：

　　1.2壳程流速 uo?Ws1==14.24m/s

　　ρ1So1.19×0.0708当量直径

　　（4de?32π23π（?0.0252-?0.0192）t-do）4?2424?0.m πdoπ?0.019雷诺系数

　　Reo?deuoρ10.?14.24?1.19?.40（湍流）-30.011?10μ1壳程普朗特数

　　Pro?cp1μ1λ11.620?103?0.011?10-3?1.371

　　0.013'?P'2)FtNs 壳程压降 ?Po?(?P1其中Ns?1,Ft?1 流体流经管束的阻力

　　?P?Ffonc(NB?1)'12?1uo2

　　摩擦系数fo?5.0?Reo-0.228?0.4897

　　已知: NB?14，F?0.5，nc?17 uo?14.24m/s

　　'?P1?Ffonc(NB?1)2?1uo2

　　1.19×14.242 =0.5×0.4897×17×(14+1)× =7533.16Pa

　　22hρ1uo2?0.41.19?14.242?14?（3.5-）?3209.36Pa ΔP?NB(3.5-)D20.52'2'（7533.16+3209.36）×1×1=.52Pa ?P'2)FtNs=故?Po?(?P1

　　冷凝器的设计计算

　　1.技术参数

　　R404a冷凝温度tk：35℃, 进口空气温度ta1：28 出口空气温度ta2：33℃ 进出口空气温差ta2-ta1：5℃ 对数平均温差： tm=(ta2-ta1)/ln(tk-ta1)/(tk-ta2)

　　=5/ln7/2=5/1.25=4℃ 2.冷凝器的计算

　　2.1翅片管簇结构参数选择及计算

　　选择Ф10mm╳0.5mm的紫铜管作为传热管，选用的翅片厚度δf=0.15mm的波纹型整张铝制套片。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插排。

　　每米管长各有关传热面积分别为：

　　af=2(S1*S2-П/4db2)/Sf=2*(0.0252*31/2/2-П/4*0.)/0.002

　　=2*(0.-0.)/0.002=0.4579m2 其中db=d0+2δf（do=Ф10mm，外径）

　　ab=Пdb（Sf-δf）/Sf=П*0.0103*（0.002-0.）/0.002=0.0299m2 aof=af+ab=0.4579+0.0299=0.4878m2 ai=Пdi=П*0.009m2=0.0283m2(di为内径)取当地大气压Pa=101.33kPa，由空气（干空气）热物理性质表，在空气平均温度30℃条件下，Cpa=1.013J/(kg·℃)、λa=0.W/(m·K)，νa=16╳10-6m2/s。在进风温度ta1=28℃条件下，ρa=1.1095kg/m3。

　　冷凝器所需空气体积流量

　　qv=Q/ρa*Cpa（ta2-ta1）=/1.1095*1013（33-28）=2.235m2/s 选取迎面风速wy=2.5m/s，则迎风面积：

　　Ay=qv/wy=2.235/2.5=0.894m2 取冷凝器迎风面宽度即有效单管长l=0.93m，则冷凝器的迎风高度：H=Ay/wy=0.894m2/0.93=0.96 2.2传热计算

　　确定所需传热面积Aof、翅片管总长L以及空气流通方向上的管排数n。

　　计算换热系数Ko为40w/(m2·K)，Aof：传热面积，m2； Aof=Q/tm*Ko=/40*4=68.19 冷凝器所需有效翅片管总长：L=Aof/aof=68.19/0.4878=139.79m 设计蒸发器的宽度为1000mm，则所需传热管数为：nl=139.79m/1m=139.79，取140，则垂直于空气流方向的管排数为nh=140/4=35。

　　精碳空调速冷节能保护剂产品说明书

　　【产品名称】精碳TM空调速冷节能保护剂。

　　【产品功效】快速高效制冷，提高空调能效比，节约空调用电量；保护空调压缩机，延长空调机使用寿命，使旧空调回复新空调工作状态。

　　【适用对象】各类分体空调及汽车空调，分体空调按照功率（匹）大小、汽车空调按照汽车排量（小排量≤1.6L，2.5L≥中排量≥1.6L，大排量≥2.5L）使用不同剂量的精碳空调速冷节能保护剂。

　　【产品原理】使用本产品后，能在空调压缩机腔壁和系统管壁自动生成一层厚度4~8纳米、具有金属强度的光滑纳米层，从而恢复压缩机的气密性，实现快速高效制冷，提高空调能效比，具有增强密封，减摩抗磨，清除油膜，增强换热，抗酸性蜕变及腐蚀，长效显效的作用。

　　【使用方法】

　　1、使用前先检查空调机是否工作正常以及空调机内冷媒剂（雪种）是否适量，多则释放，少则补充；

　　2、确认无误后，先将本产品注入冷媒加注管（接加氟表那个端口，管长度*

　　好不超过50cm）；

　　3、按照加冷媒剂的方法，即启动空调，让压缩机工作，通过加氟口用少量冷

　　媒剂将已经加注在冷媒管的本产品推注进压缩机循环系统。

　　【储存方法】放置于阴凉防晒处。

　　【产品保质期】常温保存2年。

　　开发商：广州精碳节能科技有限公司荣誉出品

　　地址：广州市五山路139号

　　电话：020－

　　传真：020—

　　网址： TMTM

　　消火栓设计说明

　　该建筑的总长：43.2m，宽度：38.3m，高度：64.5m，按规范要求消火栓的间距应保证同层任何部位有2个消火栓的水枪充实水柱同时达到。1.消火栓的保护半径为：R=KLd＋Ls 其中Ks=0.8，Ld：水带长度取25m Ls＝0.71Sk Sk＝H1 － H2 / sinα

　　其中：H1＝4.5m

　　H2＝1.1m

　　a＝45° ∴Sk＝H1 － H2 / sinα＝4.5－1.1 / sin45°＝5.23m＜7m,取Sk＝12m Ls＝0.71Sk＝12×0.71=8.5m

　　R＝KLd＋Ls＝0.8×25＋8.5＝28.5 消火栓采用时，其间距为:S≤

　　= ＝ 26.9＜30m

　　满足要求

　　据此应在楼道内布置 4个消火栓才能满足（间距＜26.9m）另外消防电梯的前室也须设消火栓。消火栓口处所需的水压 ： Hxh＝Hq＋Hd＋Hsk 其中水枪喷嘴处所需水压由所选的水枪口径和充实水柱条件查表并按公式计算：

　　Hq= α f×Hm /(1－ ψα f ×Hm)＝1.21×12/(1-0.0097*1.21*12)＝16.9mH2o 其中：α f＝1.21

　　ψ＝0.0097

　　Hm＝Sk＝12m 水枪喷嘴的出流量： qxh＝

　　＝

　　＝5.16＞5L/S 查表知：每支水柱的*低水流量为5L/S，同时使用2支水枪，取qxh＝5.16L/S。水带阻力损失： hd＝AsLd q2xh

　　其中：As＝0.

　　Ld＝25m

　　qxh＝5.16L/S hd＝AsLd q2xh＝0.×25×5.162＝2.86mH2o Hxh＝Hq＋Hd＋Hsk＝16.9＋2.86＋2＝21.76mH2o＝217.6kpa *不利点消火栓静水压力为：

　　按照*不利点消防竖管和消火栓的流量分配要求，*不利消防竖管既为，x1出水枪数为2支。相临消防竖管既x2，Hxho＝Hq＋hd＋Hsk＝21.76mH2o Hxh1＝Hxho＋∧H＋h0-1＝21.76＋4.5＋0.50＝26.76m 1点的水枪射流量为： qxh 1＝

　　消火栓水力计算表

　　计设计秒流量q×（L/s）长度（L）m DN（mm）v i(kpa/m)iL(kpa)算 0~1 5.16 4.5 100 0.59 1~2 11.61 4.5 100 1.29 2~3 18.39 64.5 100 1.96 3~4 18.39 28 100 1.96 4~5 36.72 32 125 2.32 5~6 36.72 75 125 2.32 合计：∑hy=200kpa Hq2xhxh1=Hq1+hd=1B+As

　　Ldq2xh1

　　?=xh126.37xh11H=1=6.45（L/S）B?AsLd1.577?0.0043?2Hxh2=Hxh1+?H?h1?2=26.76+4.5+2.86=34.12m 2点的水枪射流量为：

　　qxh2?BHq2

　　2Hxh2?Hq?hd?qxh22B?AsLdqxh2

　　?qxh2?xh232.781H?1?6.75L/S

　　B?AsLd1.577?0.0043?20管路总水头损失hw=∑hy*1.1=200*1.1=220.46 kpa 消火栓给水系统所需水压Hx

　　Hx=H1+Hxh+Hw=64.5*10+217.6+220=1082.6 kpa=108.26mH2O 按消火栓灭火总用水量

　　Qx=36.72L/S 选用消防水泵，据Hx=108.26 mH2O, Qx=36.72L/S 根据室内消火栓用水量，应该选用3个地上式水泵结合器。

　　0.1105 0.50 0.636 2.862 0.873 56.31 0.873 24.44 1.083 34.66 1.083 81.23