中国联通54973860
范文一：R134a风冷冷凝器的设计
第7卷 第1期 制冷与空调 2007年2月 REFRIGERA TION AND AIR -CONDITION IN G 53255
R134a 单元式风冷冷风机组冷凝器设计
尹 斌
1) ,2)
Ξ
欧阳惕 丁国良
2) 1)
1) 2)
(上海交通大学) (广东申菱空调设备有限公司)
摘 要 单元式风冷冷风空调机组普遍采用波纹翅片管冷凝器。对冷凝器进行设计的关键是确定制冷工质在铜管内的冷凝换热系数及空气在翅片侧的表面换热系数, 同时也需要考虑空气流过冷凝器的压降, 以便选择风机。采用数学模型及换热关联式计算相关参数, 在此基础上对R134a 单元式风冷冷风空调机组的冷凝器进行设计。
关键词 R134a 单元机 波纹片 冷凝器
Design of condenser for unit air 2conditioning using R134a
Y in Bin 1
) )
Ouyang Ti 2 Ding Guoliang 1
1)
(Shanghai Jiaotong ) ) ,2)
2)
(Guangdong Shenling Air 2Co. )
ABSTRACT Wavy for unit air condition 2ing. of refrigerants inside copper tubes and sur 2of air flowing fin 2tube bundle is the key to condenser design. , pressure drop of air flowing condensers must be considered in order to choose air fans. Uses mathematical models and heat transfer correlation to calculate these parameters. Then designs a wavy fin 2tube condenser of unit air conditioning using R134a as refrigerant. KE Y WOR DS R134a ; unit air 2conditioning ; wavy fin ; condenser
目前对风冷冷凝器的研究主要集中在两个方
面:一方面是管内冷凝换热特征的研究; 另一方面是不同形式强化翅片换热及阻力特性的研究; 由于制冷工质在管内冷凝存在相变, 因此换热现象很复杂。许多学者的研究结果表明, 影响管内冷凝的重要因素是制冷工质在管内的流型, 流型主要分为三种, 即环状流、层状流、环状流向层状流转变的过渡流。影响环状流的主要因素是界面处的气-液剪切力, 而影响层状流的主要因素是重力[123]。管内冷凝换热的理论模型还在不断完善, 但一些通过大量试验得出的换热关联式还是可以较好地预测管内冷凝换热系数。对于强化翅片的研究主要以试验和数值计算为主, 这是由于翅片结构复杂, 很难用理论模型描述[4]。平翅片的研究已经成熟, 在
设计过程中, 强化翅片的表面换热系数和阻力可以在平翅片的基础上乘以一个修正系数, 从而使设计结果接近实际。
笔者采用理论模型所设计的风冷冷凝器使用的是光滑管、波纹片。波纹片的结构见图1
。
图1 波纹片结构简图
Ξ收稿日期:2005210231
通讯作者:尹斌, Email :binyinmail@yahoo. com. cn
制 冷 与 空 调 第7卷 ?54?
1 换热模型介绍1. 1 冷凝换热模型
冷凝换热模型中, 经典的是努谢尔特模型。但努谢尔特的理论分析忽略了蒸汽流速的影响, 因此只适用于流速较低的场合, 不能应用于空调冷凝器
的设计计算。近年来研究者通过试验得出一些管内冷凝换热关联式, 但大多数试验是针对R12和R22等工质, 针对R134a 的相对较少。笔者列出了基于R134a 的管内冷凝换热关联式, 见表1。
表1 基于R134a 的管内冷凝换热关联式
作者
Shah
Cavallini 2Zecchin
关联式
0. 4
) p Z c
N u l =0. 023Pr l 0. 4?Re l 0. 8; (velocity >3m ?s -1, Re l >350, Re v >3500)
() () Re l =, Re v =
μl μv , G =A i (1-x ) 0. 8(1+N u =N u l ?
0. 95)
, Z =(
x
-1) 0. 8(
(Re eq =Re v ?N u =
αd k l
μρ0. 5
) ?() +Re l ; (11<(ρe v="" )=""><314) μl="">
0. 8
=0. 05?Re eq ?Pr l 0. 33
Traviss , et al.
ρμ0. 10. 90. 5) ?() ?() ρμx l v α() N u ==Pr l ?Re l 0. 9(k l F 2Re l , l )
X tt =(Re l =
. X 0F 2=5Pr l +5ln l 2(. 13l 0812) 1)
() μ
l
, F l =0. 15(
tt
Dobson and Chato
≥1; (r . 26?
l 1. . X tt
) 1. 5
Ga 0. 5
;
3
ρ(ρ=g ?l ?l -ρv ) 2
μl
N u =0. 023?Re l 0. 8?Pr l 0. 30. 805; (Fr >18)
X R. Bassi 等[5]对表1中的Shah 关联式、Cav 2allini 2Zecchin 关联式、Dobson 关联式进行了研究, 并与试验值作对比, 见图2所示。R. Bassi 等认为Cavallini 2Zecchin 关联式与试验结果最接近, 其最大误差只有8%。
冷凝换热系数随干度的变化。从图中可以看出, 随干度的增大, R134a 的冷凝换热系数增大, 而且质量流率对R134a 的冷凝换热系数有很重要的影响, 质量流率增大, 冷凝换热系数增大。图4为Cavallini 2Zecchin 关联式中的平衡雷诺数随干度的变化。从图中可以观察到, 平衡雷诺数的变化趋势与冷凝换热系数的变化趋势相同。这就说明, 在一定的质量流率下, 平衡雷诺数是影响冷凝换热系数的直接原因。
图2 换热模型与试验的对比(R. Bassi 等[5])
由于Cavallini 2Zecchin 关联式能够较好地预测R134a 在光滑管内的冷凝换热, 因此笔者采用该关联式通过计算机模拟研究R134a 在光滑管内的换热特征。图3所示为冷凝温度54℃时, R134a 的
图3 冷凝换热系数随干度的变化
第1期 尹 斌等:R134a单元式风冷冷风机组冷凝器设计 ?55?
式(1) ～(4) 中, 努塞尔数N u 及压降Δp 的下
标,p 表示平翅片,w 表示波纹片。其他符号可参考文献[6]。1. 3 总传热系数
管内冷凝换热系数及翅片管束表面换热系数确定后, 可以采用下式计算总传热系数。
K o =
+r b +r o +
h tp F i h ow η
图4 平衡雷诺数随干度的变化
(5)
η=
ηF r +F f
h ow +1. 09
(6) (7)
由于管内R134a 的冷凝换热系数随干度变化, 因此笔者对翅片管式冷凝器进行设计, 所取的冷凝换热系数是0～1. 0干度范围内局部冷凝换热系数的平均值。1. 2 翅片管束换热模型
设计所采用的翅片是波纹片。目前还没有数C. Wang ηf =-0. 025
其中, K o 为总传热系数(W/(m 2?K ) ) , F o 为单位长度管外总面积(m 2) ; F i (m 2) ; r b ((m 2?) /o 为翅片侧污
(2K ) /; ηf 为波纹。
2设计计算的依据是前面所介绍的理论模型, 但上述冷凝换热关联式只适用于饱和蒸汽冷凝为饱和液体, 还应考虑由过热蒸汽冷凝为饱和蒸汽及由饱和液体冷凝为过冷液体的情况。不过过热蒸汽-饱和蒸汽、饱和液体-过冷液体属于单相流体在管内的强制对流换热, 使用Dittus 2Boelter 公式就可以计算其换热系数。设计参数见表2, 设计计算结果见表3。
表2 设计参数
冷凝负荷
冷凝温度冷凝压力
压缩机排气温度过冷度进风温度出风温度
16. 54kW 54℃14. 56bar 80℃4℃39℃47℃
对性, 内, 的换热模型即Vampola 关联式。在Vampola 关联式中乘以一个修正系数, 从而得到波纹片管束的表面换热系数。阻力计算也类似, 表达形式如下。
N u p =
) d r
λ
(
=0. 215(
μ
) 0. 67(
-0. 2
×
0. 4
) +1) 0. 2(
s f s 2-d r
N u w =1. 2×N u p
2(1) (2) (3) (4)
ΔP p =f
2ρ
ΔP w =1. 5×ΔP p
管内径8. 82mm
管外径9. 52mm 管间距25. 4mm 排间距22mm 管布置方式叉排
翅片间距/厚度2. 12/0. 115mm 翅片数12/英寸
表3 设计计算结果
质量流率
管内冷凝换热系数迎面风速
最窄流道处风速
波纹片管束表面换热系数波纹片管束压降波纹片的翅片效率翅片总效率翅化比
155. 96kg/(m 2?s ) 1829. 254W/(m 2?K ) 2. 0m/s 3. 52m/s 72. 78W/(m 2?K ) 23Pa 0. 8840. 87717. 35
过热蒸汽-饱和蒸汽换热量
过热-饱和蒸汽段总传热系数过热-饱和蒸汽段所需换热面积过热-饱和蒸汽段所需换热面积饱和液体-过冷液体换热量饱和-过冷液体段总传热系数饱和-过冷液体段所需换热面积饱和蒸汽冷凝为饱和液体的换热量饱和蒸汽冷凝为饱和液体所需换热面积
3. 05kW 17. 27W/(m 2?K ) 0. 445m 20. 445m 20. 6kW
15. 97W/(m 2?K ) 0. 244m 212. 89kW 2. 71m 2
(下转第65页)
第1期 郝 亮等:汽车空调层叠式与管带式蒸发器性能模拟分析比较 4 结 论
two 2phase pressure gradients of refrigerants in horizontal tubes. Int. J. Refrigeration , 2002(25) :9352947. [4] Han J C , Chandra P R , Lau S C. Local heat/mass
transfer distributions around sharp l802deg turns in two 2pass smooth and rib 2roughened channels. Journal of Heat Transfer , 1988, (110) :9128.
[5] K andlikar S G. A G eneral Correlation for Saturated
Two 2Phase Flow Boiling Heat Transfer Inside Horizon 2tal and Vertical Tubes. Journal of Heat Transfer , 1992, (112) :2192228.
[6] G arcia Valladares O. Review of In 2Tube Condensation
Heat Transfer Correlations for Smooth and Micro 2fin Tubes. Heat Transfer Engineering. 2003, (24) :6224. [7] Cavalllini A , Del Col D , Doretti L ,et al. Heat Transfer
and Pressure Drop During Condensation of Refrigerant Inside Horizontal Enhanced J Refrigeration , , () :4225.
[8]. . 北京:
通过对汽车空调层叠式蒸发器和管带式蒸发器建立数学模型, 计算分析两者的传热及流动特性。模拟结果表明, 层叠式蒸发器与管带式蒸发器相比, 在各种变工况条件下都表现出换热量大和制冷剂侧整体压降小的优点。通过对比可知, 层叠式蒸发器的换热量提高15%左右, 而压降却降低50%左右, 并且由于层叠式蒸发器紧凑的结构特点, 其流程长度远小于相同尺寸的管带式蒸发器, 在较大的制冷剂流量下, 其性能表现得更为优越。
参考文献
[1] Feldmana A , Marvilletb C , Lebouche M. Nucleate and
Convective Boiling in Plate Fin Heat Exchangers. Int. J. Heat and Mass Transfer , 2000(43) :343323442. [2] 阙雄才, 陈江平. 汽车空调实用技术. 北京:机械工
业出版社,2003.
[3] Ould Didi M B , K attan N , Thome J R. (上接第)
续表
接触热阻
翅片侧污垢热阻总传热系数对数平均温差所需风量风机功率
0. 004(m 2?K ) /W 0. 0008(m 2?K ) /W
2
33. 53W/(m ?K ) 10. 5℃6564. 58m /h 500W
3
冷凝器所需总换热面积
设计有效换热管长设计分路数设计每路流程数管排数
设计管内换热面积设计余量
3. 4m 21. 069m 101223. 554m 24. 5%
从表3中可以看出, 设计计算结果合理, 这就说明应用笔者所介绍的理论模型可以较好地预测管内冷凝换热系数、翅片侧表面换热系数, 并以邓为依据, 对翅片管式冷凝器进行设计。3 结 论介绍分析了R134a 单元式风冷冷风机组翅片管式冷凝器的理论设计程序, 采用Cavallini 2Zecchin 模型计算管内冷凝换热系数, 使用修正的Vampola 关联式得出波纹片管束的表面换热系数。设计程序简单, 设计结果合理, 能够提高设计的准确性及设计效率。
参考文献
[1] Shah M M. A general correlation for heat transfer dur 2
ing film condensation in tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer , 1979, 1852196.
[2] Cavallini A , Zecchin R. A dimensionless correlation for
heat transfer in forced convection condensation ∥6th International Heat Transfer Congress , 1974, (3) :3092313.
[3] Dobson M K , Chato J C. Condensation in smooth hori 2
zontal tubes. International Journal of Heat Transfer , 1998,120:1932213.
[4] G iovanni Lozza , Umberto Merlo. An ex perimental in 2
vestigation of heat transfer and friction losses of inter 2rupted and wavy fins for fin 2and 2tube heat exchangers. International Journal of Refrigeration , 2001, 24:4092416.
[5] R Bassi , P K Bansal. In 2tube condensation of mixture
of R134a and ester oil :empirical correlations. Interna 2tional Journal of Refrigeration , 2003,26:4022409. [6] 尹斌, 欧阳惕, 丁国良. R134a 单元式风冷冷风空调机
蒸发器设计. 制冷与空调,2006,6(6) :54256.
范文二：冷凝器的设计计算
备注 R134a制冷剂风冷式冷凝器设计计算
0.09807 大气压力P(MPa)
1600 冷凝量Qk(W)
40 冷凝温度tk(?)
26 空气进风温度ta1(?)
33 空气出风温度ta2(?)
迎风面上管中心距s1(m)
迎风面上管垂直距s2(m) 0.0173
翅片节距sf(m)
翅片厚度δf(m)
393 铜管的导热系数λ(W/m?K)
铜管的几何直径d0(m)
铜管厚度δ(m)
铜管内径di(m) 0.0073 铜管当量直径db(m) 不准确
2.5 迎风面的风速V(m/s)
1013 tm温度下空气的比热容Cp0(J/kg?K)
0.000016 tm温度下空气运动粘度νn(?/s)
0.02643 tm温度下空气导热系数λa(W/m?K)
1.1095 ta1下空气的密度ρ(kg/m?)
冷凝器迎风面宽度l(m) 预估值
R134a的tk温度下物性集合系数B
0.004 管壁与翅片的接触热阻rb(??K/W) 估计值 0.0001 空气侧尘埃垢层热阻r0(??K/W)
203 铝片的导热系数λ(W/m?K)
空气侧的系数C
通过b/de空气侧的系数ψ 与Ref确空气侧的指数n 定的常数 空气侧的指数m
备注:蓝色背景的数值为冷凝器的具体参数
备注 R134a制冷剂风冷式冷凝器设计计算
m=(ta1+ta2)/2 29.5 t平均温度tm(?)
m=(ta2-ta1)/ln((tk-ta1)/(tk-ta2)) 10.10 θ对数平均温差θm(?)
f=2×(s1×s2-π×db?/4)/sf 0.407 a每米管长翅片侧面面积af(?)
b=π×db×(sf-δf)/sf 0.002 a每米管长翅片间管面面积ab(?)
o=af+ab 0.409 a每米管长总外表面面积ao(?)
i=π×di 0.023 a每米管长总内表面面积ai(?)
τ=aof/ai 17.8 肋化系数τ
ν=Qk/(ρ×Cp0×(ta2-ta1)) 0.20 q冷凝器所需空气的体积流量qν(m?/s)
y=qν/v 0.08 A迎风面积Ay(?)
H=Ay/l 迎风面高度(翅片高度)H(m) 0.281
13.53 迎风面上管排数N N=H/s1-0.5(取整数)
3 翅片宽度b(m)
max=v×s1×sf/((s1-db)×(sf-δf)) 2.95 v最窄截面风速vmax(m/s)
e=2(s1-db)(sf-δf)/((s1-db)+(sf-δf)) 0.0028 d最窄界面的当量直径de(?)
b/de 18.7
Ref=wmax×de/νn 513.7
of=C×ψ×λa×Ref^n(b/de)^m/de×1.1×1.2 61.32 α空气侧的表面传热系数αof(J/kg?K)
制冷剂侧表面凝结传热系数ki=0.555×B×di^(-0.25)×(tk-tw)^(-0.25) 2245.2 ααki(J/kg?K)
h’=d0×(s1/d0-1)v(1+0.35×ln(c×s1/d0))/2 0.008 翅片的高度h’(?)
m=SQRT(2×αof/λ/δf) 55.0 翅片的参数m (m^-2)
f=th(m×h’)/m/h’ 0.939 η翅片的效率ηf
η0=(af×ηf+ab)/(af+ab) 0.940 表面效率η0
αki×ai×(tk-tw)=αof×η0×ao×(tw-tm) 忽略管壁热阻、接触热阻、污垢热阻
i^(-0.25)×ai×(tk-tw)^(0.75)=αof×η0×ao×(tw-t0.555×B×d冷凝器外壁面温度tw(?) 36.700 36.700 m)
m=π×(d0+di)/2 0.024 a铜管每米长平均面积am(?)
K=1/(1/αki×ao/ai+δ/λ×ao/am+ro+rb+1/αof/η0) 34.00 冷凝器的总传热系数K(kJ/??K)
0=Qk/K/θm 4.66 A冷凝器所需的传热面积A0(?)
L=A0/ao 11.39 有效传热管总长L(m)
2.81 3 空气流通方向上的管排数n n=L/l/N(取整数) b=n×s1×cos30? 0.0486 0.0520 翅片宽度b(m)
H=(N+0.5)×s1 迎风面高度(翅片高度)H(m) 修正值
范文三：风冷冷凝器计算机辅助设计
1996 6 J une 1996 JOU RN A L O F H E IL ON GJ IA N G COM M ERC IA L COL L E GE
()N A TU RA L SC IEN C E S ED IT ION
风冷冷凝器计算机辅助设计
3 王守东杨明 ( )黑龙江省科学院石油化学研究所三室, 哈尔滨, 150040 ( 黑龙江冰山冷冻设备公司, 哈尔滨, 150010)
高明于长滨王荣屏
( 哈尔滨电力学校, 哈尔滨, 150030) ( 黑龙江省科学院技术物理研究所, 哈尔滨, 150010)
摘 要 将冷凝过程分为三个相区, 研究不同相区的传热特征, 并介绍了风机的选择
方法。利用计算机对物性参数进行平滑拟合, 建立了风冷冷凝器辅助设计和校核的计
算机模型, 并提供了程序设计实例。
关键词 风冷冷凝器, 计算机辅助设计, 相区, 风机
中国图书资料分类号 614 TB
前 言 0
随着制冷机械在我国的飞速发展, 对冷凝器的研究也进一步深入。制冷系统的冷凝器按其 冷却方式可分为风冷式和水冷式, 风冷冷凝器因其具备经济、安装简单、使用方便等优点, 使空 调器进入了普通家庭, 在冷藏领域应用也十分广泛。
由于条件限制, 以往设计风冷冷凝器时, 很难获得最佳参数, 如风机的型式和尺寸是设计者从生产厂家选定的, 空气在冷凝器中的速度不一定能达到最佳值。风冷冷凝器设计计算是与 风机结合, 多方案计算不同的管排数和迎风面积、冷凝器的传热面积、阻力特性和确定空气出 口温度, 选择最合理的布置。 对于校核计算, 其目的是确定实际热负荷和要求热负荷的偏差以 及实际空气出口温度、制冷剂出口温度和设计值的偏差。 这些工作相当繁琐, 而国外早已利用 计算机辅助设计换热器。 随着计算机的普及, 我国也开展了水冷冷凝器、干式蒸发器等计算机 辅助设计的研究, 本文将讨论风冷冷凝器的计算机辅助设计。
程序框图 1 CAD
冷凝器中制冷剂的冷凝过程如图 1, 将整个冷凝过程
()() 分成三个相区, 即过热蒸气区2- 3、气液两相区 3- 4
收稿日期: 1995- 02- 28 1 制冷循环在压焓图上表示 图 3 王守东, 男, 34 岁, 工程师。研究方向: 制冷及低温技术。
黑龙江商学院学报 (自然科学版) 1996 年 32
()和过冷液体区4- 5。 在不同的相区中, 其传热机理和传热温差变化均不相同, 程序框图见图
2。
图 2 风冷冷凝器计算机辅助设计框图
第 2 期 王守东等: 风冷冷凝器计算机辅助设计 33
111 输入给定参数, 确定结构参数及
翅片参数
设计计算时, 空气进口温度 ta l , 冷
凝温度 , 制冷剂温度 , , 制冷剂流 tk t2 t5
量 , 翅片参数 , , , , 为已知 G r s1 sf ?f d i d 0
输入参数。对于校核计算, 输入特定参
数为冷凝器尺寸 、、, 总排热量A B C 图 3 风冷冷凝器结构示意图
Q K , 总换热面积 F t 及风机性能曲线, 其它输入参数为翅片管参数, G r 等。 打印输入参数, 通过
菜单方式确定分路数, 面管数, 排数, 并进一步计算如翅片排距 、单位管长下一次N N F N T s2
传 热面积 、带翅表面积 、翅片表面积 、光管表面积 和翅片系数 。f bf tf tf i Β
112 计算总传热量 Q K
压缩机的出口温度 t2 根据文献7 通过子程序得到。 由于有强烈冷却的全封闭压缩功均
比绝热压缩功小 10? , 20? , 这里取 10? , 则压缩机出口为 2′点。
) (h 2 = h 1 + h 2 - h 1 90?
′ ( ) ()()三个相区热负荷/Q sup = G r h 2 - h 3 1 kJ S
()()() /= = kJ S 2Q T P G r h 3 h 4
()()()= - /3 Q sub G r h 4 h 5 kJ S
Q K = Q sup + Q T P + Q sub
气、液及两相区的传热系数113
9 对于单相区放热系数由下式确定:
放热系数
Κ2 0. 8 0. 4 Α= ? 0. 023R eP r()()4 w m K ? /d i
4 当 R e< 10时,="" 公式变为:="">
Κ2 0. 8 0. 4()()5 Α= Ε? ? 0. 023R eP rw /m ? K r d i
式中, Εr 由表 1 确定。
表 1 管内受迫流动换热系数修正系数
2500 3000 4000 5000 6000 8000 10000 R e
014 015 0172 0181 0186 0196 1 Εr
8 空气侧放热系数因果戈林关系确定。
n L n()6 N = A B R eU d eq
L 式中 ——沿空气流道的翅片长与流道截面当量直径之比; d eq
黑龙江商学院学报 (自然科学版) 1996 年 34
由下列各式确定: 系数A 、B 和指数 n、m
3 2 L L L - 6 A = 0. 518 - 0. 02315 + 0. 0004253 × 10 - ; d d d eq eq eq
R e L 0. 08R e n = 0. 45 + 0. 0066 ;。;m = - 0. 28 + B = 1. 36 - 0. 24 ? d eq 1000 1000 这关系只适用于层流区, R e< 2000,="" 2500="" 范围,="" 实际上设计的风冷冷凝器="" r="" e="" 数可能超过="">
(() () )上述范围。对过渡区 = 2000, 5000。为了使 = 的函数连续, 采用与 6式相同的形 R eΑa f R e
()式, 即取= 0188 和指数= - 0112 相应于 = 2000。B m R e
- 0. 12 L n()N = 0. 88A R e7 U d eq
() 式 6对顺管族是正确的; 对叉排管族, Αa 还应增加 10% 。
Κa 2 ()()w m ? K 8 /Α= 1. 1 N ?a U d eq
管子与翅片间还存在着接触热阻 R C , 这项热阻相应于机械胀管与翅片翻间的接触势阻,
4 由图 6 经平滑拟合得到如下两个公式:
一次翻边
3 - 42 2 ) (()t× 10 0. 0205R C = 0. 363 + 0. 155t + (9 )0. 0648t+ m K W ? /
图 4 翅片翻边形式
图 5 接触热阻曲线
二次翻边
3 - 42 2 ) (()R = 0. 283 + 0. 127t +t× 10 0. 0092()10 C 0. 0357t+ m K W ? /
′ d 0 - d 0 1 Φ- Φ1 1 0 ;式中t = Φ = 1 h d 0
h ——五次平滑法两点间间距;
Φ——五次平滑法胀管系数中心值。 0
8 两相区放热系数:
0175 3600G r
N T P 1 2 ()Α=()11 8. 3100 - 2 W m K ? /115 d i
则单相区的传热系数
第 2 期 王守东等: 风冷冷凝器计算机辅助设计 35
- 1 1 Β 1 +()()R C Β′ + W m ? K 12 /K = Α Β″Αa Γf
- 1 1 Β ()()+ + R C Β′ W m K ? K T P = /13 a f ΑT P ΑΓ
f t f t ;Β″= f t Β = ; Β′= f f i 0
114 确定三个相区的面积
单相区和两相区温度变化如图 7、图 8, 对于单相区 d z , 为任取一微元, 利用对数平均温压
法得到
图 6 单相区温度变化 图 7 冷凝段温度变化
ta 2z = ta lz s1 ( t) d ? w f ΘaC p a ta2z - dQ = K z G rC p rd trz = d z = - ? a lz z N t t- trz a lz ln trz - ta2z
边界条件
z = 0 trz = tr1
z = z 0 trz = tr2
经积分, 可得
sw ΘC k j 1f ap a - (sw ΘC )- ?z 1- e ( ()()G rC p r tr1 - ta l kJ S /Q = 1f ap a 14 G C e1 - r p r () 由15式求出单相区长度 z
Q1 - ln ( ) G C t- t rp r r1 a l ()()m 15 z = k j w sΘC f 1 ap a -sw ΘC ()e1 1f ap a - G rC p r
由单相区面积由下式确定
2 ()()16 F = f t ? z m
黑龙江商学院学报 (自然科学版) 1996 年 36
两相区的迎风面积为
()w f A ′F g + F l [ v a - ] Κ′ 2 ) ()(F S = 17 m w f
3 式中v a —空气质量流量, m /s;
2 ?, /′—; Κf t N T m m
2 ′—单位管长迎风面积, /A m m
两相区面积
′Κ2 ()F T P = F S ? ()18 m A ′
两相区热负荷可用下式表示
′ K Β″ sF 1 T Pt - ()()( )kJ S /19 Q = w ΘC t- ts w Θ C T P f ap a r a l e1 - 1 f a p a Β″
′ ′ ( ) 19通过 式求得 F , 在设计计算和校核计算时进行迭代, 直至 F T P 和 F 的偏差小于 T P T P
2 0101m 以确定传热面积或热负荷。 这样, 冷凝器的宽A 即可求出。
()A ′F T P + F g + F l ()()m 21 A = Κ′Β
115 风机风量的确定
1() : 翅片管式冷凝器流动阻力?P a 与空气质量流速 w Θa 的关系由下式得出
0. 42 S 2 1. 82 () ()?P a = N T 01233A P w Θ ? ()22 P am /m ax ?f S f -
A P —对叉排管族为 1, 对顺排管簇为 018。
1 W f ?S ?S f ?Θa 2 () ()w Θm ax = k gm ? s /()) ( s1 - d S f - ? 0 f
12 求得?P 值, 就可根据图 8 的曲线, 得到风机风
′量V a。 在设计计算时, 假定风量V a 与V 偏差应小a
3 于 0101 m h。 /
116 管内制冷剂流动阻力的计算
对管内制冷剂的流动阻力要加以限制, 管内流动阻力由
下式计算。
2 x c + x 0 L CV ″ G r 2 () ()?P = N m 23 /Φ + ΦN? d 2 2 3600F i
图 8 风机特性曲线
第 2 期 王守东等: 风冷冷凝器计算机辅助设计 37
- 0. 25 式中= 0. 3164;ΦR et
d i G r ? ; R et = 3600F Λ′g 3. 5 d i 4 ;=0. 131+ 0. 1632 Φ 90 R 2F —断面积, m ; L C —直管段长, m ; ?—弯头弯曲角; N —变头数;
3 2, ?。 ′—饱和液体动力粘度/V ″—饱和蒸汽比容, m /k g; Λk g sm R —弯头曲率半径, m ;
上式两相区的制冷剂流动阻力可看作是整个冷凝过程的流动阻力, 两上单相区的制冷剂
流动阻力很小, 可忽略不计。
设计计算运行实例 2
输入参数
= 35 = 5 = 15 = 50 = 45 = 3. 956 = 0. 0224ta l t0 t1 tr t5 Q r G r
= 0. 025 = 0. 0022 = 0. 0002 = 0. 0088 = 0. 0102S 1 S f d f d i d 0
结构参数
= 4 = 4 = 72N N t N f
输出数
= 0. 02165 = 0. 41182 = 0. 03027 = 0. 44209 = 0. 02765S 2 f f f b f t f i = 77. 906 = 0. 450 = 0. 450 = 0. 0866 = 41. 49 = 15 = 1. 315t2 A B C ta 2 F F S = 2. 7314 = 66. 811 = 1991. 17w f P a V a
结 论 3
本程序适用于铜管、铝片、顺排、叉排布置的管族, 使用 R 22 及无氟制冷剂的风冷冷凝器,
的情况, 就要在 50 翅片使用一次翻边或二次翻边的平板翅, A d i 比应大于 50, 如遇到A d i <>
# 12 制冷剂管内受迫流动放热系数计算公式中加一短管修正系数, 风量使用 400风机或其它同
类风机供给。 在同样热负荷下, 采用多方案设计冷凝器。 如果某一方案下迎风面积过大, 则可 增加管排数, 也可增加风机数或换一台在同一压差下风量更大的风机的方法来解决。结构参数 应能保证一定的热负荷, 相应的热换器和风机改变不能超过下列限制:
() 1换热器阻力不超过相应风量下风机的最高静压差;2() () 2换热器迎风面积不超过目前冷凝器的最大容许值取 = 4。 3风机的效率不低F sm zx m
于容许的最小值, 取 = 0. 3。 Γm in 本程序采用迭代风量和风速的方法进行设计计算, 对多方案风冷冷凝器的设计很方便, 配
上程度使用说明书, 为设备生产厂家提供了新的设计手段。
黑龙江商学院学报 (自然科学版) 1996 年 38
参 考 文 献
. . . . ЦМКАлнинhЛроектнрВВни Кончеисьторов Вовчущното Охnежченияхоиечцитиая 1 () , 1978, 11: 60, 69 Техкама
2 . . . SF isch en an d W J ack so nA Com p u te r M o de l Fo r A ircoo led R ef r ige ran t Co n den se r s
() 1981, 4: 89, 100 W ith sp ec if ied R ef r ige ran t c icu it in g. A SH RA E T ran s,
3 . . . - . SDGo ld ste inA M a th em a t ica lly Com p le te A n a ly sis o f P la te f in H ea t E x ch an ge r s
() , 1986, 2790 3: 10, 20A SH RA E T ran s
() () 日千秋隆雄. 空气—冷媒热交换器的设计. 冷冻, 1984, 59 8: 68, 75 4
5 沈之光. 制冷工质热物理性质表和图. 北京: 机械工业出版社, 1983
() () 6 日埋桥英夫. 空调用热交换器的特征. 日立评论, 1969, 5: 8, 33
7 谬道平. 活塞式制冷压缩机. 北京: 机械工业出版社, 1983 张祉
()8 皊. 制冷及低温技术 中册. 北京: 机械工业出版社, 1981 杨世
9 铭. 传热学. 北京: 机械工业出版社, 1981
谭浩强等. 语言. 上海: 科学普及出版社, 1982 10 BA S IC
田云清. 微型计算机算法与程序—扩展上海: 上海科学技术文献出版社, 1980 . 11 BA S IC
重庆大学流体力学教研室. 泵与风机. 北京: 水利电力出版社, 197912
上海彭江机械厂设计科. 轴流通风机. 上海: 科学技术出版社, 198213
COM PUTER A ID ED D ES IGN FO R W IND
COOL ING CO ND ENS ING UN IT
W an g Sho u do n g
()P e t ro ch em ist ry In st itu te o f H e ilo ng jiang A cadem y o f Sc ience s, H a rb in , 150040
Y an g M in g
(), , 150010H e ilo ng jiang Icebe rg F reezing E qu ipm en t Com p anyH a rb in
Gao M in g
(), , 150030H a rb in Pow e r Schoo lH a rb in
Y u C h an gb in w an g R o n gp in g
( )T ech n ica l P h y sic s R e sea rch In st itu te o f H e ilo ng jiang A cadem y o f Sc ience s, H a rb in , 150010 A bstra c t B y d iv id in g th e co n den sin g p ro ce ss in to th ree p h a se f ie ld s fo r stu d in g th e d iffe ren t
, . f ie ld’ s h ea t t ran sfe r fea tu re sth e cho ice m e tho d o f w in d co n veye r w a s in t ro du cedT h e p a2
. ram e te r w a s sm oo th in g te sted o f goo dm e ss b y com p u te rA com p u te r a ided de sign an d ch eck
- . m o de l o f a ircoo led ref r ige ran t co n den se r s w a s b u ilt upA n ex am p le o f p ro g ram de sign w a s
.g ived
a ir - coo led ref r ige ran t co n den se r, com p u te r a ided de sign , p h a se f ie ld, w in d Key word s
co n veye r
范文四：冷凝器设计计算
冷凝器换热计算
第一部分：设计计算
一、 设计计算流程图
二、 设计计算（以HLR45S为例）
1、已知参数
换热参数：
冷凝负荷：Qk=61000W 冷凝温度：tk=50℃ 环境风温度：ta1=35℃ 冷凝器结构参数：
铜管排列方式：正三角形叉排 翅片型式：开窗片，亲水膜 铜管型式：光管
铜管水平间距：S1＝25.4mm 铜管竖直方向间距：S2＝22mm 紫铜光管外径：d0＝9.52mm 铜管厚度：δt＝0.35mm 翅片厚度：δf＝0.115mm 翅片间距：Sf＝1.8mm 冷凝器尺寸参数
排数：NC＝3排 每排管数：NB＝52排
2、计算过程
1）冷凝器的几何参数计算
翅片管外径：db=d0+2δf＝ 9.75 mm 铜管内径：di=d0-δt＝8.82 mm 当量直径：deq
4(S1-db)(Sf-δf)4A
＝3.04 mm ==
U2(S1-db)+(Sf-δf)
单位长度翅片面积：ff=2(S1S2-
πdb2
4
)/Sf?10－3＝0.537 m2/m
单位长度翅片间管外表面积：fb=πdb(Sf-δf)/sf?10－3＝0.0286 m2/m
单位长度翅片管总面积：ft=ff+fb＝0.56666 m2/m 翅片管肋化系数：β=2）空气侧换热系数
迎面风速假定：wf＝2.6 m/s
最窄截面处风速：wmax=SfS1wf/(Sf-δf)(S1-db)＝4.5 m/s 冷凝器空气入口温度为：ta1＝35℃ 取出冷凝器时的温度为：ta2＝43℃
确定空气物性的温度为：tm=(ta1+ta2)/2＝39℃ 在tm＝39℃下，空气热物性：
vf=17.5×10－6m2/s，λf=0.0264W/mK，ρf=1.0955kg/m3，CPa＝1.103kJ/(kg*℃) 空气侧的雷诺数：Ref=wmaxdeq/vf =783.7
由《制冷原理与设备》中公式（7－36），空气侧换热系数
n
CλReff?γ?' ?=50.3 W/m2K αO=
?deq ?deq?
m
ftf
=t＝20.46 fiπdi
其中：
A=0.518-0.02315(
γ
deq
)+0.000425(
γ
deq
)2-3?10-6(
γ
deq
)3＝0.1852
0.24?Ref?
C=A?1.36-
1000??
?＝0.217 ?
n=0.45+0.＝0.5931
deq
m=-0.28+0.08
Ref1000
γ
＝-0.217
铜管差排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.2，则空气侧换热系数为：(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证)
'
×1.1×1.2＝66.41 W/m2K αo=αo
对于叉排翅片管簇：
ρ=
s1
＝25.4/9.75=2.6051 df
ρ'=1.27ρ
l1
-0.3=2.7681 l2
式中：l1,l2为正六边形对比距离，l1=l2
翅片当量高度：h'=0.5df(ρ'-1)(1+0.35lnρ')＝0.01169 m
m=
翅片效率：ηf=
2αo
λaδ
=75.4 m-1
tgh(mh')
＝0.802 mh'
表面效率：ηs=1-3） 冷媒侧换热系数
ffft
(1-ηf)＝0.812
冷媒在水平光管内冷凝换热系数公式为：
??1
αi=Crs0.25Bm??
d(t-t)?ikw?
1/4
对R22在管内冷凝C=0.683，Bm，rs
0.25
如下表：
取管内壁温度为：tw=46.5℃， 冷凝温度：tk=50℃
冷媒定性温度：tm=(tw+tk)/2tm=48.25℃ 插值得：rs0.25＝19.877，Bm＝67.68 因而：
??1
αi=Crs0.25Bm??
d(t-t)ikw??
1/4
＝2998×(tk－tw) －0.25
如忽略铜管壁热阻和接触热阻，由管内外热平衡关系：
αiπdi(tk-tw)=ηsαoft(tw-ta)
2998×(50-tw) －0.25×3.14di（50-tw）=0.812×66.4×0.56666×（tw-35） 解方程可得：tw=46.3℃，与假设的46.5℃接近，可不必重算。
αi＝2161 W/m2K
（如果是内螺纹管，换热系数则需乘以系数1.2） 4）传热系数和传热面积
传热系数为：
k=
1
ff1(+ri)t+ct+ro+αifiλcfmηsαo1
其中：ri为管内污垢热阻，ro为管外污垢热阻，rc为接触热阻 取ri=0，ro=0.0001，rc=0 计算得：ko＝32.65 W/m2K 平均传热温差为：
θm=
ta2-ta1
＝10.5 ℃
tk-ta1ln
tk-ta2
故需要的传热面积为：
F=
所需要翅片管总长
lt=
Qk
＝1178 m2 kθm
F
＝314 m ft
5）确定冷凝器得结构尺寸
冷凝器长：A=
lt
＝2.013 m NBNc
高：B=NBS1＝1.321m 宽：C=NCS2＝0.066m 风量为：Va=
Qk
=6.893 m3/s
ρaCpa(ta2-ta1)
迎风面积为：Fy=AB＝2.659 m2 实际迎面风速为：vf=
Va
=2.59 m/s Fy
与原假设的风速相符，不再另做计算 6）阻力计算 空气侧阻力：
1.7
＝22.7Pa ?P=9.81A(L/d)(ρw)1eqmax
其中A——考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A＝0.0113，对亲水膜取
A＝0.007
铝片数量：NF=A/Sf＝2013/1.8=1118 片
铝片重量：GF=(ff/2+fb)?δf?lt?2.7?103＝28.96 kg 铜管重量：Gt=ltπ(d0-di)/4?8.89?103＝28.146 kg
2
2
3、计算输出
输出参数：
冷凝器长、宽、高、翅片重量、铜管重量、肋化系数、翅片效率、翅片表面效率、单位长度翅片面积；
风量、迎面风速、最大风速、空气侧阻力；
空气侧换热系数、冷媒换热系数、传热系数、对数温差、传热面积、铜管长
第二部分：校核计算
一、校核计算流程图
二、计算过程
1、已知参数
换热参数：
冷凝温度：tk=50℃ 环境风温度：ta1=35℃ 冷凝器结构参数： 与设计时同。 冷凝器尺寸参数
冷凝器长：A＝2000mm 排数：NC＝3排 每排管数：NB＝52
2、校核计算过程
参考设计计算过程。（略）
3、计算输出
输出参数：
冷凝负荷、出风温度、翅片重量、铜管重量、肋化系数、翅片效率、翅片表面效率、单位长度翅片面积；
风量、迎面风速、最大风速、空气侧阻力；
空气侧换热系数、冷媒换热系数、传热系数、对数温差、传热面积、铜管长
范文五：冷凝器设计计算
冷凝器换热计算
第一部分:设计计算
一、 设计计算流程图
输入传热参数 Qt、t、tk、ka1a2
输入结构参数:d、S、S、S、δ、δo12fft
尺寸参数:排数N、每排排管数NBC
型式参数:平片、光管、亲水膜、叉排
由翅片管参数计算f、f、f、肋化比βfbt
重设ωf计算风量V，假设迎面风速ω，求出ωafmax
计算空气侧换热系数α、翅片效率η翅片型式af重设tw假设壁温t，计算冷媒侧传热系数α铜管型式wi
由热平衡求出t'w
否Abs(t-t')/tw<>
是
计算传热系数K、传热温差?tm
计算传热面积F、长A、宽B、高C、翅片重
G、铜管重GFt
‘计算实际迎面风速ωf
是
否‘Abs(ω-ω)/ω<>
翅片型式计算风侧阻力?P、冷媒侧压降?P12
保存结果
二、 设计计算(以HLR45S为例)
1、已知参数
换热参数:
冷凝负荷:Q=61000W k
冷凝温度:t=50? k
环境风温度:t=35? a1
冷凝器结构参数:
铜管排列方式:正三角形叉排
翅片型式:开窗片，亲水膜
铜管型式:光管
铜管水平间距:S,25.4mm 1
铜管竖直方向间距:S,22mm 2
紫铜光管外径:d,9.52mm 0
铜管厚度:δ,0.35mm t
翅片厚度:δ,0.115mm f
翅片间距:S,1.8mm f
冷凝器尺寸参数
排数:N,3排 C
每排管数:N,52排 B
2、计算过程
1)冷凝器的几何参数计算
dd=+2d翅片管外径:,9.75 mm bf0
dd=-d铜管内径:,8.82 mm it0
2()()SdS--d4A1bff当量直径:,3.04 mm d==eqUSdS()()-+-d1bff
2pd2,3b单位长度翅片面积:2()/10,0.537 m/m fSSS=- ff124
2,3fdSs=- pd()/10单位长度翅片间管外表面积: ,0.0286 m/m bbfff
2fff=+单位长度翅片管总面积: ,0.56666 m/m tfb
fftt翅片管肋化系数:,20.46 b==fdpii
2)空气侧换热系数
w迎面风速假定:,2.6 m/s f
wSSwSSd=--/()()d最窄截面处风速:,4.5 m/s max11ffffb
冷凝器空气入口温度为:t,35? a1
取出冷凝器时的温度为:t,43? a2
确定空气物性的温度为:ttt=+()/2,39? maa12
在tm,39?下，空气热物性:
,362v=17.5×10m/s，λ=0.0264W/mK，ρ=1.0955kg/m，C,1.103kJ/(kg*?) fPaff
Re/=wdv 空气侧的雷诺数: =783.7 feqfmax
由《制冷原理与设备》中公式(7,36)，空气侧换热系数
mn骣CAlReg2ff'琪a==50.3 W/mK O琪ddeqeq桫
其中:
ggg263-,0.1852 A=-+- 0.5180.02315()0.000425()310()dddeqeqeq
轾?0.24Ref犏 ,0.217 CA=-1.36犏1000臌
g ,0.5931 n=+0.450.0066deq
Ref m=-+,-0.217 0.280.081000
铜管叉排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.2，则空气侧换热系数
为:(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证)
2'aa=×1.1×1.2,66.41 W/mK oo
对于叉排翅片管簇:
s1,25.4/9.75=2.6051 r=df
l'1=2.7681 rr=-1.270.3l2
式中:为正六边形对比距离， ll=l,l1212
'翅片当量高度:,0.01169 m hd=-+0.5('1)(10.35ln')rrf
2a-1o=75.4 m m=lda
thmh(')翅片效率: ,0.802 h=fmh'
ff表面效率:,0.812 1(1)hh=--sfft
3) 冷媒侧换热系数
冷媒在水平光管内冷凝换热系数公式为:
1/4轾1犏 a=B0.555i犏dtt-()ikw臌
对氟利昂在管内冷凝如下表: B
R22 tkRa134 R12
20 1658.4 1671.5 1447.9
30 1557.0 1593.8 1392.3
40 1447.1 1516.3 1344.1
50 1325.4 1424.9 1275.0
60 - 1326.2 1197.0
取管内壁温度为:t=46.5?， w
冷凝温度:t=50? k
ttt=+()/2冷媒定性温度:t=48.25? mmwk
0.25r插值得:,19.877，,67.68 Bsm
因而:
1/4轾1, 0.250.25犏,2998×(t,t) a=CrBkwism犏dtt-()ikw臌
如忽略铜管壁热阻和接触热阻，由管内外热平衡关系:
aphadttftt()()-=-iikwsotwa
, 0.252998×(50-t)×3.14d(50-t)=0.812×66.4×0.56666×(t-35) wiww
解方程可得:t=46.3?，与假设的46.5?接近，可不必重算。 w
2,2161 W/mK ,i
(如果是内螺纹管，换热系数则需乘以系数1.2)
4)传热系数和传热面积
传热系数为:
1 k=ffd11tct++++rr()ioalhaffiicmso
其中:r为管内污垢热阻，r为管外污垢热阻，r为接触热阻 ioc取r=0，r=0.0001，r=0 ioc
2计算得:k,32.65 W/mK o
平均传热温差为:
tt-aa21,10.5 ? q=mtt-ka1lntt-ka2
故需要的传热面积为:
Q2kF=,1178 m kqm
所需要翅片管总长
Fl=,314 m tft
5)确定冷凝器得结构尺寸
lt冷凝器长:,2.013 m A=NNBc
高:BNS=,1.321m B1
宽:,0.066m CNS=C2
Q3k风量为:=6.893 m/s V=a()rCtt-21apaaa
2FAB=迎风面积为:,2.659 m y
Va实际迎面风速为:=2.59 m/s v=fFy
与原假设的风速相符，不再另做计算
6)阻力计算
空气侧阻力:
1.7D=PALdw9.81(/)()r,22.7Pa eq1max
其中A——考虑翅片表面粗糙度的系数，对非亲水膜取A,0.0113，对亲水膜取
A,0.007
NAS=/铝片数量:,2013/1.8=1118 片 Ff
3Gfffbfl=+(/2)2.710创创d铝片重量:,28.96 kg Ft
223Gldd=-p()/48.8910创铜管重量:,28.146 kg tti0
3、计算输出
输出参数:
冷凝器长、宽、高、翅片重量、铜管重量、肋化系数、翅片效率、翅片表面
效率、单位长度翅片面积;
风量、迎面风速、最大风速、空气侧阻力;
空气侧换热系数、冷媒换热系数、传热系数、对数温差、传热面积、铜管长
第二部分:校核计算
一、校核计算流程图
输入传热参数 Vt、ta、ka1
输入结构参数:d、S、S、S、δ、δo12fft
尺寸参数:长度A、排数N、每排排管数NBC
型式参数:平片、光管、亲水膜、叉排
由翅片管参数计算f、f、f、肋化比β、翅片fbt
重G、铜管重GFt
计算迎风面积F风速ω，求出ωy、fmax
假定出风温度t计算空气侧换热系数α、重设ta2，aa2翅片型式
翅片效率ηf
重设tw假设壁温t，计算冷媒侧传热系数α铜管型式wi
由热平衡求出t'w
是
否
Abs(t-t')/tw<>
计算传热系数K、传热温差?tm
计算实际的出风温度t'、冷凝负荷Qa2k否Abs(t-t')/t<>
是
翅片型式计算风侧阻力?P、冷媒侧压降?P12
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二、计算过程
1、已知参数
换热参数:
冷凝温度:t=50? k
环境风温度:t=35? a1
冷凝器结构参数:
与设计时同。
冷凝器尺寸参数
冷凝器长:A,2000mm
排数:N,3排 C
每排管数:N,52 B
2、校核计算过程
参考设计计算过程。(略)
3、计算输出
输出参数:
冷凝负荷、出风温度、翅片重量、铜管重量、肋化系数、翅片效率、翅片表
面效率、单位长度翅片面积;
风量、迎面风速、最大风速、空气侧阻力;
空气侧换热系数、冷媒换热系数、传热系数、对数温差、传热面积、铜管长
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