制冷课程设计徐向均081307104
课程设计成果说明书
题 目:学生姓名:学 号:学 院:班 级:指导教师: 2011 冷冻水制冷系统设计 徐向均 081307104 东海科学技术学院 C08建环(1)班 韩志
浙江海洋学院教务处 年5月1日
浙江海洋学院课程设计任务书
—学年 第学期
浙江海洋学院课程设计成绩评定表
2010—2011学年 第2学期
目 录
1 设计资料 .......................................................... 4 2 设计说明 .......................................................... 4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
确定制冷剂种类和系统形式 ...................................... 4 制冷系统的设计工况确定 ........................................ 4 制冷系统热力计算 .............................................. 4 卧室壳管式蒸发器设计 .......................................... 5 冷凝器计算 .................................................... 6
3 设计过程 .......................................................... 8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
确定制冷剂种类和系统形式 ...................................... 8 制冷系统的设计工况确定 ........................................ 8 制冷系统热力计算 .............................................. 8 卧室壳管式蒸发器设计 ......................................... 11 冷凝器计算 ................................................... 12
结束语 .............................................................. 15 参考文献 ............................................................ 15
1 设计资料
冷冻水工艺需冷量Q0=(150+50×4)=350KW;载冷剂工质为冷媒水;冷冻水采用封闭系统;其供水温度t1=5℃,回水温度t2=10℃。冷凝器采用水冷却式,冷却水进水温度t1w=32℃。
‘
2 设计说明
2.1确定制冷剂种类和系统形式
制冷剂为氨;采用单级蒸汽压缩式制冷;供冷方式为直接供冷;冷凝器的冷却方式水冷却。
2.2 制冷系统的设计工况确定
确定蒸发温度t0、冷凝温度tk、过冷温度trc、吸气温度tx,绘制制冷LgP-h图并查出个点参数。
2.3 制冷系统热力计算
2.3.1 各个参数计算
计算制冷过程的单位质量制冷量、单位容积制冷量、制冷剂质量流量、制冷剂体积流量、冷凝器的热负荷、压缩机的理论功率和理论制冷系数。
2.3.2 选配制冷压缩机
由冷量换算公式计算制冷量,选择制冷压缩机并确定制冷压缩机配用的电动机功率。
2.3.3 计算节流阀公称直径[1]
G16.1C0AlPv (2-1)
C00.02005l0.634v6 (2-2)
式中 G——质量流量(kg/h); A——通道截面积(cm);
ρl——截流阀前液体的密度(kg/m); △Pv——截流阀前后的压力差(Pa); Co——流量系数;
υ6——节流阀出口状态下汽液混合物的比容(m3/kg)。
3
2
2.4 卧室壳管式蒸发器设计
2.4.1 计算冷冻水侧放热系数[2]
n0.22
dw
Repr
0.6
0.33
0.22
dw
(
udwv
)
0.6
pr
0.33
(2-3)
式中: λ——水的导热系数[W/(m·k)];
dw——传热管外径(m); u——冷却水流速(m/s); v——水的动力粘滞系数(m/s); Pr——普朗特常数。
2
2.4.2 计算制冷剂侧的放热系数
w
2
Nu
dw
0.53
dw
(Grpr)
0.25
0.53(
gtdwpr
3
2
)
0.25
(2-4)
式中: g——重力加速度(m/s);
λ——氨的导热系数[W/(m·k)]; β——体积膨胀系数; dw——传热管外径(m); v——氨的动力粘滞系数(m/s); Pr——普朗特常数;
△t——壁面与蒸发温度的差值(℃);
2
2.4.3 计算传热系数:
K=(
式中
1
w
n
)
1
(2-5)
αw、αn———分别是管外和管内的放热系数(W/mk);
-42
——管壁及管壁附着物热阻,氨侧污垢热阻为4.3×10(m·K/W),水侧污垢热阻为1.23
×10-4(m2·K/W); ——肋片系数,可取管外径与管内径之比(即dw/dn)。
2
2.4.4 计算蒸发器的传热面积:
A=
Q0Kt
(2-6)
式中: Q0——蒸发器的热负荷( KW);
K ——蒸发器的传热系数 [kW/(m·K)]; Δt——制冷剂与载冷剂的对数平均温差(℃)。
2
其中传热温差:在蒸发器中制冷剂和载冷剂之间的温差按对数平均温差计算:
t
t1t2
(2-7)
lnt1t0t2t0
式中: t1——载冷剂进蒸发器的温度(℃);
t2——载冷剂出蒸发器的温度(℃); t0——蒸发温度(℃)。
2.4.5计算载冷剂循环量:
M
Q0
1000c3600 p(t1t2)
式中: cp——载冷剂的比热容[kJ/(kg·k)];
t1 、t2——载冷剂进出蒸发器的温度 (℃)。
2.5 冷凝器计算
2.5.1 冷凝器热负荷计算
Qk =MRqk=MR(h3-h5) 式中: MR——制冷剂质量流量(kg/s);
qk——冷凝器单位质量冷负荷(kJ/m)。
2.5.2 估算冷凝器传热面积与水量
A
Qk
Kt
式中: Qk——冷凝器的热负荷( KW);
K ——冷凝器的传热系数,取K=700kW/(m2
·K); Δt——传热平均温差(℃)。
传热温差:
t
tw2tw1
ln
tktw1tktw2
式中: tw1——冷却水进口温度(℃);
tw2——冷却水出口温度(℃); tk ——冷凝温度(℃)。
冷却水循环量:
M
Qkc p(t
1t2)
式中: cp——冷却水的比热容[kJ/(kg·k)]; t1 、t2——冷却水进出进出口温度 (℃)。
(2-8)
(2-9)
2-12)
(2-10) (2-11) (
2.5.4 水侧放热系数计算
nB
w
0.80.2
2
dn
(2-13)
B1395.623.26tw (2-14)
tw1tw2
tw
(2-15)
2
式中 tw1——冷却水进水温度(℃); tw2——冷却水出水温度(℃); B——系数;
w——载冷剂流速,取1.5m/s;
dn——管道内直径(m)。
2.5.5 制冷剂侧放热系数计算
0.25
w0.725Bdn
(tkt0.25
wo)
2B
g3
wd0(tktwo)ndn(twotw) 式中 γ——冷凝潜热,由冷凝温度而定(kJ/kg);
ρ——密度(kg/m3
);
g——重力加速度,g=9.8m/s2
; λ——导热系数W/(m·k); μ——动力粘滞系数(pa·s); B——系数;
dn——管道内直径(m);
two——壁温(℃)。
2.5.6 传热系数计算与实际所需冷凝面积
K=[
1R1
dw11d(R2
)]
wn
n
式中
α,α2
wn——分别为制冷剂的凝结放热系数和水侧的放热系数(W/m·k); R1,R2——分别为油膜热阻和水垢热阻(m2·K/W); dw,dn——分别为传热管的外径和内径(m)。
2-16)
2-17)
2-18)
2-19)
( ( ( (
3 设计过程
3.1 确定制冷剂种类和系统形式
制冷剂为氨;采用单级蒸汽压缩式制冷;供冷方式为直接供冷;冷凝器的冷却方式水冷却。其循环原理图见图1。
图1 制冷系统循环原理图
3.2 制冷系统的设计工况确定
(1)蒸发温度t0比冷冻水供水温度低4--6℃,即: t0=5-5=0℃
(2)冷凝温度tk比冷却水进出口平均温度高5--7℃,取立式壳管式冷凝器冷却水进出口温差为3℃,则
tk
32362
640℃
(3)过冷温度trc比冷凝温度低3--5℃,取过冷度为5℃,则
trc=40-5=35℃
(4)吸气温度tx比蒸发温度高5 ℃,即
tx=0+5=5℃
(5)制冷系统采用间接式,取附加系数为10%,制冷系统的制冷量为
Q0= Q0×1.1=1250×
1.11=1375 KW
‘
图2 制冷循环LgP-h图
3.3 制冷系统热力计算
3.3.1 各个参数计算
(1)单位质量制冷量:qo=h1-h4=1790-660=1130 kJ/kg (2)单位容积制冷量:qv=
q1v2
Q0v1
11300.31
3501130
3645kJ/m3
(3)制冷剂质量流量: MR=0.3kg/s
3
(4)制冷剂体积流量:VR= MRv2=0.3×0.31=0.093 m/s
(5)冷凝器的热负荷:Qk=MR(h2-h3)=0.3×(1980-660)=396 kJ/kg (6)压缩机的理论功率:Pth=MR(h2-h1)=0.3×(1980-1790)=57 Kw (7)理论制冷系数:
Q0Pth
350237.8
1.47
3.3.2 选配制冷压缩机
1)计算压缩机制冷量
查得冰山牌6A W-17型制冷压缩机的标准制冷量Q02=384 kW,在t0=0℃,tk=40℃时,从换算系数表查得冷量换算系数ki=1.84,该台制冷机换算后的制冷量为:
Q0b2=kiQ02=1.84×384=707kW
确定选用冰山牌6W-17型制冷压缩机各2台,其制冷量为:
Q0=Q0b1×2=707×2=1414kW>1250kW,满足要求。
2)确定制冷压缩机配用的电动机功率
(1)理论功率Pth:
Pth=MR2wth=
(2)指示功率Pi:
PkP0
1.55490.4294
3.6,查《制冷技术》取得ηi=0.75
[5]
7071130
(1980-1790)118.9kW
Pi=
(3)轴功率Pe:
Pth
i
118.90.75
158.53 kW
从《制冷技术》取ηm=0.85,则
Pe=
Pi
158.530.85
186.5 kW
m
查有关资料得6W-17型制冷压缩机配用的电动机功率为200W,故满足要求。
3.3.3 计算节流阀公称直径
G=2CoA
C*pV
式中A通道截面积 ρc截流阀前液体的密度 ⊿pv截流阀前后的压力差 Co流量系数 取0.35;⊿Pv=15.3-3.0=12.3bar=12.3×10Pa ;ρc=579.47kg/m
4
20.353.14Dn
2
5
3
Gmax=2CoDn
2
cPv=
579.4712.310
5
4
=10373.4Dn
2
又因为 Gmaxq0≥Qo 所以 10373.4Dn
2
11251250
Dn10.3 mm 3.14222A=Dn10.383.3mm 4
4
选择Dn时,一般考虑使Gmax在1.5—2.0Qo之间 所以取Dn为14mm 所以G=10373.4 Dn
2
=10373.4(14103)=2.03kg/s=19.16m/s
23
由下表可确定浮球式膨胀阀的公称直径为32mm
表1 浮球式膨胀阀规格
公称直径Dg(㎜) 流量(L/min)
10 0~3
15 3.78
20 7.56
25 11.3~15
32 18.9~28.4
3.4 卧室壳管式蒸发器设计
采用满液式卧式壳管蒸发器,传热管采用Φ323.0mm的无缝钢管,排列采用正三角形错排,冷冻水流速为1.5m/s。
[6]
3.4.1 计算冷冻水侧放热系数
根据冷冻水平均温度t
3
t1t2
2
-62
5102
7.5℃查水的物性参数为:
ρ=999.8 kg/m,ν=1.427×10m/s,λ=0.568 W/(m·k),Pr=10.56,cp=4.196kJ/(kg·k), Re
wdv
w
1.50.0321.42710
6
3363710000,属于紊流。
则水侧放热系数为:
n0.22
dw
Repr
0.60.33
0.22
0.5680.032
33637
0.6
10.56
0.33
4421W/(m2k)
3.4.2 计算制冷剂侧的放热系数
β=
根据t0=0℃查物性表得: 1T0
12730
3
3.6610
3
,λ=0.551 W/(mk),v=1.789×10m/s,Pr=13.67
2-62
Grpr
gtdwpr
2
9.813.6610
3
20.032
-6
3
13.67
(1.78910)
2
5.3910
6
10
8
则制冷剂侧放热系数为:
Nu0.53(Grpr)
0.25
0.53(5.391013.67)
60.25
49.1
w
Nu
dw
0.553349.1
0.032
849W/(m2k)
3.4.3 计算传热系数
K((
1849
1
w
n
)
1
0.000430.000123
0.0320.0264421
)
1
512W/mk
2
3.4.4 计算蒸发器的传热面积
传热温差
t
t1t2lnt1t0t2t0
105ln10050
3
7.21℃
传热面积 A
QoKtm
125010
474.47.21
365.5m
2
3.4.5 计算载冷剂循环量
M
Q0
1000cp(t1t2)
3600
350
360060.2m/h
3
10004.186(105)
3.4.6 蒸发管计算
冷冻水流速对氨蒸发器一般取1.0到1.5m/s,所以取管内水流速V=1.5m/s,则每一流程的管子根数n为:
n
M
60.2
4
dA
2
n
4
20.997,取n=21
0.026365.5
2
1.53600
蒸发管总长度 L
dwL
0.032
3637.5m
总根数 流程数
559.6,取N560 6.5560
Z7.5,取流程数Z8
n75N
l.N
AdwlN3.140.0326.5560355.5m
2
3637.5
实配蒸发面积
2
选用DWZ-360型卧式蒸发器,传热面积为360m。水泵选用200QJ潜水泵,流量为200m3/h。
3.5 冷凝器计算
选用立式壳管式冷凝器,冷却水进水温度为32℃,出水温度为36℃,冷却水流速为1.5m/s。传热管采用Φ323.0mm的无缝钢管,排列采用正三角形错排。
3.5.1 冷凝器热负荷计算
Qk=MR(h2-h3)=0.3×(1980-660)=396KW
3.5.2 估算冷凝器传热面积与水量
传热温差
tm
t2t1ln
2
tkt1tkt2
ln
440324036
=5.78℃
查表取K=800W/(m·K),则
A
QkKt
146510
3
8005.78
316.8m
2
管子根数 n
A
dwH
316.80.0325.18
608.7
水流量 M
Qk
1000C(tw2
p14653
36003600315.0m/htw1)10004.186(3632)
3.5.3
水侧放热系数计算
nB
wd
0.80.2n
; B1395.623.26t; t
tw1tw2
2
式中 tw1——冷却水进水温度(℃); tw2——冷却水出水温度(℃); B——系数;
w——载冷剂流速,取1.5m/s; dn——管道内直径(m);
B1395.623.26t1395.623.26
32362
2186.4
则
n2186.4
1.5
0.80.2
0.026
6275.1W/mk
2
3.5.4 制冷剂侧放热系数计算
根据tk=40℃查物性表得:
γ=1098.71 kJ/kg,λ=0.4371 W/(mk),ρ=579.5 kg/m,μ=1.152×10-4 pa·s
2
3
w0.725Bd
0.25
n
(tktwo)
0.25
0.7257146.60.026
0.25
(40two)
0.25
12903.140two)
0.25
根据热平衡原理得:
wd0(tktwo)ndn(twotw)
12903.1(40two)
0.25
0.032(40two)6275.10.026(two33.5)
解得壁温为:two=38.2℃ 则制冷剂侧放热系数为:
w12903.1(40two)
0.25
12903.1(4038.2)
0.25
11139.7W/(mk)
2
3.5.5 传热系数计算
K=[
111139.7
0.0006
0.0320.026
(0.00043
16275.1
)]
1
706.6W/(mK)
2
3.5.6 计算传热面积
所需面积:
A
QKKt
146510
3
706.65.78
358.7m
2
管子根数: n
A
d0H
358.7
0.0325.183.14
690
校核单位面积热负荷:qf
QKA
1465358.7
4084.2Wm
2
选用冰山牌LNA-370型立式冷凝器1台,每台冷凝器传热面积为370m2。
参考图纸:
冷冻机房布置图
结束语
完成了这个课程设计,我学到了很多东西.
这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际,来解决实际问题的经历,它培养了自己分析问题,解决问题的能力,以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的,重要的是我们探索知识的过程,这个过程便是一个人自主学习能力的体现,它将影响着我今后的发展。
参考文献
[1]《空气调节用制冷技术》彦启森主编.中国建筑工业出版,1999.8 [2]《制冷工程设计手册》中国建筑工业出版,1978 [3]《制冷技术》贺俊杰主编. 机械工业出版社,2007.8
[4]《空调与制冷技术手册》陈沛霖主编.同济大学出版社,1922.3 [5] 大连冷冻机厂、上海冷冻机厂产品样本
[6]《制冷原理与设备》张祉佑主编.机械工业出版社,1987