制冷课程设计 徐向均 081307104
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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
2010—2011学年 第 2 学期
学院 东科 班级 C08建环(1)班 专业 建筑环境与设备工程 学生姓名课程 冷热源工程课程设计 (学号) 名称 设计 冷冻水制冷系统设计 题目 完成 自 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 26 日 共 1 周 期限 1、需方提供的设计任务书; 2、国家主要规范和行业标准 (1)《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003; (2)《民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2001版); (3)《民用建筑热工设计规范》GB50176-93; (4) 全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调·动力》; 3、设计参数 (1)气象资料;(2)需冷量,供水回水温度,冷却水进水温度等 设 计 依 据 设 计 要 求 及 主 要 内 容 冷冻水工艺需冷量 Q0=(150+50×N)KW,N—是每位同学学号最未二位数;载冷剂工质为冷媒水;冷媒水采用封闭系统;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℃,系统流程见附图。 1、根据设计要求和任务,合理拟定制冷系统总体方案。 2、根据制冷系统设计方案要求,选择制冷剂、制冷压缩机、膨胀阀等部件。 3、依据热力学、传热学及流体力学原理,设计计算制冷换热器(主要是冷凝器和蒸发器)。 4、每个学生要提交设计说明书、设计计算书一份。 1、《冷热源工程》张祉佑主编. 机械工业出版社 1987 参 考 资 料 2、《空气调节用制冷技术》第二版 彦启森 主编 建筑工业出版社 1999.8 3、《制冷工程设计手册》中国建筑工业出版.1978 4、《船舶设计实用手册.第六分册.冷藏通风.》国防工业出版社.1975 5、《空调与制冷技术手册》陈沛霖 主编 同济大学出版社 1992.3 6、大连冷冻机厂.上海冷冻机厂.产品样本 指导教 师签字 日期
1
浙江海洋学院课程设计成绩评定表
2010—2011学年 第2学期
学院 东科学院 班级 C08建环( )班 专业 建筑环境与设备工程 学生姓名徐向均 课程设计名 冷热源工程 (学 号) 081307104 称 题 目 指导教师评语 设计方案基本正确,内容较为完整,概念清晰,分析清楚,计算基本正确,语句基本通顺。说明书较为完整、正确,具有一定的应用价值并符合规范化程度。基本掌握基础理论和专业知识,能对数据进行处理,具有一定程度的计算机操作能力。 设计图纸方面,能完成规定的设计任务。图纸内容表达清晰,布局合理,线条粗细均匀,标注及注释规范性尚好,并符合国家标准。 论文格式,能较好地按规定格式排版和打印,内容装订顺序正确,但尚存在着局部问题。参考文献,在原文中标出引注,基本按标准形式书写。 冷冻水制冷系统设计 有一定的独立工作能力,能查阅和利用技术资料,能运用计算机。学习态度端正,遵守学习纪律,遵守作息时间,不迟到、早退和旷课。 指导教师签名: 年 月 日 答辩评语及成绩: 课题自述:自述思路清晰,有条理,基本能把做的设计工作讲解清楚。 说明书撰写质量:能按规定格式排版和打印,装订顺序正确,但存在局部问题。参考文献,在原文中标出引注,基本按标准形式书写。 图纸质量与完成情况:能完成规定的要求,设计内容正确,布局合理,线条粗细均匀,标注及注释规范性好,并符合国家标准。 回答问题情况:基本能回答提出的问题。 成绩: 答辩小组教师签名: 年 月 日
2
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
3
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]
G?16.1C0A?l?Pv (2-1)
C0?0.02005?l?0.634v6 (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
4
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]
?n?0.22??dwRepr0.60.33?0.22??dw(udwv)0.6pr0.33 (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
?Nudw?0.53?dw(Grpr)0.25?0.53(g??tdwpr3?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=
Q0K?t
(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(℃)。
5
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?t1?t2
(2-7)
lnt1?t0t2?t0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(t1?t2)?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
K?t 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?tw2?tw1
lntk?tw1tk?tw2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
1?t2)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 (℃)。
6
(2-8)
(2-9)
2-12)
(2-10) (2-11) (
2.5.4 水侧放热系数计算
?n?Bw0.80.22
dn (2-13)
B?1395.6?23.26tw (2-14)
tw1?tw2tw? (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
??0.25w?0.725Bdn(tk?t?0.25wo) 2B?4?g??3? ?w?d0(tk?two)??n?dn(two?tw) 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=[1?R1?dw1?1?d(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)。
7
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?32?362?6?40℃
(3)过冷温度trc比冷凝温度低3--5℃,取过冷度为5℃,则
8
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=
q1v2Q0v1?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
9
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
?42?0.35?3.14Dn253
Gmax=2Co?Dn2?c?Pv=
579.47?12.3?1054=10373.4Dn2
又因为 Gmax?q0≥Qo 所以 10373.4Dn2?1125?1250
Dn?10.3 mm ?3.14222A=?Dn??10.3?83.3mm 44
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? Dn2=10373.4?(14?10?3)=2.03kg/s=19.16m/s
10
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Φ32?3.0mm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
t1?t22-62
?5?102?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?wdvw?1.5?0.0321.427?10?6?33637?10000,属于紊流。
则水侧放热系数为:
?n?0.22??dwRepr0.60.33?0.22?0.5680.032?336370.6?10.560.33?4421W/(m2?k)
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?1273?03?3.66?10?3,λ=0.551 W/(mk),v=1.789×10m/s,Pr=13.67
2-62
Grpr?g??tdwpr?2?9.81?3.66?10?3?2?0.032-63?13.67(1.789?10)2?5.39?106?108
则制冷剂侧放热系数为:
Nu?0.53(Grpr)0.25?0.53?(5.39?10?13.67)60.25?49.1
?w??Nudw?0.5533?49.10.032?849W/(m2?k)
3.4.3 计算传热系数
K?(?(18491??w??????n)?1?0.00043?0.000123?0.0320.026?4421
)?1?512W/mk2 11
3.4.4 计算蒸发器的传热面积
传热温差
?t?t1?t2lnt1?t0t2?t0??10?5ln10?05?03?7.21℃
传热面积 A?QoK?tm1250?10474.4?7.21?365.5m2
3.4.5 计算载冷剂循环量
M?Q01000cp(t1?t2)?3600?
350?3600?60.2m/h
31000?4.186?(10?5)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?M60.2?4?d?A2n?4??20.997,取n=21
?0.026365.52?1.5?3600蒸发管总长度 L??dwL???0.032?3637.5m
总根数 流程数
?559.6,取N?560 6.5560Z???7.5,取流程数Z?8
n75N?l.NA??dwlN?3.14?0.032?6.5?560?355.5m
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Φ32?3.0mm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?t2?t1ln2
tk?t1tk?t2?ln440?3240?36=5.78℃
查表取K=800W/(m·K),则
A?QkK?t?1465?103800?5.78?316.8m 12
2
管子根数 n?A?dwH?316.80.032?5.18???608.7
水流量 M?Qk1000C(tw2p14653?3600??3600?315.0m/h?tw1)1000?4.186?(36?32)3.5.3
水侧放热系数计算
?n?Bwd0.80.2n
; B?1395.6?23.26t; t?tw1?tw22
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);
B?1395.6?23.26t?1395.6?23.26?32?362?2186.4
则
?n?2186.4?1.50.80.20.026?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
?w?0.725Bd
?0.25n(tk?two)?0.25?0.725?7146.6?0.026?0.25(40?two)?0.25?12903.140?two)?0.25根据热平衡原理得:
?w?d0(tk?two)??n?dn(two?tw)
12903.1(40?two)?0.25?0.032(40?two)?6275.1?0.026(two?33.5)
解得壁温为:two=38.2℃ 则制冷剂侧放热系数为:
?w?12903.1(40?two)?0.25?12903.1(40?38.2)?0.25?11139.7W/(m?k)
23.5.5 传热系数计算
K=[111139.7?0.0006?0.0320.026(0.00043?16275.1)]?1?706.6W/(m?K)
23.5.6 计算传热面积
所需面积:
A?QKK?t?1465?103706.6?5.78?358.7m
13
2
管子根数: n?A?d0H?358.70.032?5.18?3.14?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
14
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
15
16
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