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冷凝器的设计计算

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冷凝器的设计计算 

河南诺科冷暖设备有限公司

    冷凝器在制冷系统中的作用主要是将压缩机排出的高温高压状态下的气态制冷剂予以冷却并液化,满足制冷剂在系统中循环使用的要求。冷凝温度与冷却剂进出口温差的选用涉及到制冷系统经济问题。提高冷凝温度、减少冷却剂进出口温差,可以提高传热温差,减少所需传热面积,降低换热设备投资费用。然而,降低冷凝温度,可以减少制冷压缩机的耗电量,而冷却剂进出口温差越大,所需冷却剂流量越少,输送能耗(水泵、风机耗能)越少,从而降低运行费用。因此,必须权衡利敝,合理确定冷凝温度与冷却剂进出口温差。

01

本文介绍一种卧式壳管冷凝器的设计计算。

   已知制冷量为87.9KW的R22制冷系统,蒸发温度t0=2℃,冷却水进口温度t1=32℃;传热管采用紫铜肋管,λf=384W/(m·K),d0=13.124mm, di=11.11mm, 肋片外径df=15.8mm,肋片厚度δt=0.232mm,      δ0=0.368mm,平均肋片厚度δf=0.3mm, 肋片节距e=1.025m,试设计一台卧式壳管冷凝器。

按以下步骤求解:

1.计算肋管特性参数(以1m长肋管计算)

肋管水平部分面积

Ap=[πd0(e-δ0)+ πdfδt]*=37660mm2=37.66×10-3m2

肋管垂直部分面积

Af=π(df2- d02)*=118.62×10-3m2

肋管总外表面积

A= Ap+ Af=156.28×10-3m2

肋化系数   τ==4.48

肋片当量高度

He=π(df2- d02)*=3.85×10-3m2

基管平均表面积

AZ=π(d0+ di)*=38.1×10-3m2

得到,=0.759;=0.241; =4.1  


2.确定冷却水出口温度t2设冷却水出口温差tw为5℃,则t2=32+5=37℃。


3.确定冷凝温度tk

一般取tk- t1=7~14℃,如取10℃,则tk=32+10=42℃。


4.求冷凝器热负荷冷凝温度为42℃,蒸发温度为2℃,当采用开启式压缩机制冷系统时,有Фk=φ×Ф0=1.22×87.9×1000=107238W


5.计算平均传热温差

△tm==7.21℃


6.求冷却水流量

Mw=Фk*=5.13kg/s


7.概算所需传热面积AS

假设热流密度ψ=6100W/ m2,则ASk/ψ=17.58m2

8.初步规划冷凝器结构

取管内水流速度ν=2.5m/s, 则每程肋管数b为b=Mw/(π*0.25* di2ρν)=21.18取b=21, 这样,管束长(即流程数n与肋管有效长度和乘积)等于nι1= AS/(Ab)=5.357m 如流程数n取2,则冷凝器传热管有效长度ι1=2.679m;传热管总根数N=42根。


9.计算水侧换热系数

αw=[1430+22* (t2+ t1)*0.5]*(2.5)0.8*(0.01111)-0.2=1.1206×104W/( m2·K)


10.计算制冷剂侧冷凝换热系数

首先,计算水平光管管外冷凝换热系数。因为tk=42℃,查物性表可得

λ=0.062W/(m·K),ρ=1243kg/m3,γ=128.58Kj/kg, μ=0.239×10-3N·s/ m2

得到           β1/3=[λ3ρ2gγμ-1]1/3=1.248×104

              αc=0.65×(βψ-1d0-1)1/3=1961W/(m2·K)

其次,计算水平肋管外冷凝换热系数

Z=[2αcλf-1δ f-1]1/2=183.9m-1

ι2=( df- d0)*[1+0.805lg()]*0.5=0.00145m

肋片效率

         ŋf==0.977

肋片修正系数

         εf=[1.3 ŋf0.25+]=1.56

得       αc,ff×αc=1.56×1961=3059W/(m2·K)

最后,计算水平肋管冷凝换热系数

          αc,f,zf×αc,f=(0.6N0.5)-0.167×αc,f=2508W/(m2·K)

   11.实际的热流密度ψ1

取污垢热阻Rfou=0.000086

K=[+×4.10+(0.000086+) ×4.48]-1=837W/(m2·K)

这样,实际热流密度      ψ1=K×△tm=6035 W/m2

|(ψ1-ψ)/ ψ1|×100=1.08%<5%

计算的传热系数有效。如若|(ψ1-ψ)/ ψ1| >5%,则应重算。

12.计算实际传热面积,布置管束

Ac=Фk/K×△tm=17.77m2

保持上述确定的b=21,n=2,换热管有效管长为:

     ι2= Ac/(Abn)=2.7m。

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