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

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

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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

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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

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3jh3.html