空調(diào)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：張楠學(xué)號：011030119專業(yè)：建筑環(huán)境與設(shè)備工程課設(shè)描述一、課設(shè)題目：熱交換器設(shè)計(jì)（去濕機(jī)用的蒸發(fā)器）二、結(jié)構(gòu)型式：風(fēng)冷管片式三、設(shè)計(jì)參數(shù)：a）制冷量：空氣容積流量為4500m3/h ;去濕量為14kg/h;空氣進(jìn) 口溫度為18C，相對濕度為0.65,冷凝溫度為35C。b）結(jié)構(gòu)參數(shù)：自選制冷劑：自選四、完成內(nèi)容：a）交換器綜述b）蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算c）提交計(jì)算程序及計(jì)算說明書一、熱交換器綜述（網(wǎng)絡(luò)及文獻(xiàn)）a）換熱器的發(fā)展歷史： 二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng) 用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因 此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺

2、旋板換熱器。 接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱 器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼 式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱 問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于 空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱 器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn) 一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的 需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基

3、礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。b）綜合性描述：換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換 的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離， 這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠 所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填 充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換 熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以 及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄 熱室。

4、這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱 量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他 型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管 式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面， 包括 板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換 熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器， 如 刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對流向一般有順

5、流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。 逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出 口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時(shí)，以逆流的平均溫差最 大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差 增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加 熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)， 故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化（沸騰或冷凝）時(shí)，由于 相變時(shí)只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體 的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與

6、流體的流向選擇無關(guān)了。 除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是 一個(gè)重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄 層（稱為邊界層），和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層， 金屬壁的 熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系 數(shù)。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加， 故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降 低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的 形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于 制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏

7、體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低 溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外， 有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑 料換熱器和玻璃換熱器等。二、設(shè)計(jì)計(jì)算及程序/空氣容積流量為4500m3/h，去濕量為14kg/h/空氣進(jìn)口溫度t1=18 C，相對濕度為0.65/大氣壓力為1.013bar，制冷劑為R134a ,冷凝溫度tk=35 C。#i nclude<iostream.h>#in clude<math.h>#defi ne pi 3.141592653#defi ne ei 2.71828doub

8、le ab=0;void mai n()/確定值R=1.2,/空氣密度Ma=Mm*R/3600,空氣質(zhì)量流量t1=18,/入口空氣干球溫度x1=0.65,/入口空氣相對濕度Pqb1=602.4*pow(10,7.45*t1/(235+t1),/入口空氣水蒸氣飽和分壓力P=1.013e5,/大氣壓力d1=622*x1*Pqb1/(P-x1*Pqb1),/入口空氣含濕量dm=15e3/3600,/除濕量d2=(d1*Ma-dm)/Ma,/ 出 口空氣含濕量t3=35;/冷凝器出口制冷劑溫度/假設(shè)值doublet2=7,/出口空氣干球溫度Pqb2=602.4*pow(10,7.45*t2/(235+

9、12),/ 出口空氣水蒸氣飽和分壓力/查濕空氣h-d圖h仁39.6e3,/空氣初態(tài)比焓h2=21.8e3,/空氣終態(tài)比焓ts=4.5,/肋管外表面平均溫度d0=10e-3./基管外徑y(tǒng)p=0.35e-3./壁厚di=d0-2*yp,/基管內(nèi)徑y(tǒng)f=0.12e-3./肋片厚g=204./肋片導(dǎo)熱系數(shù)e=2.5e-3,/肋片節(jié)距s1=25e-3,/管中心距s2=s1*si n(pi/3).a1=1.065,/求當(dāng)量肋高時(shí)所需系數(shù)/空氣側(cè)va=2.5./迎面風(fēng)速N=4,/沿氣流方向肋管排數(shù)u=0.181e-4,/空氣的動(dòng)力黏度g1=0.026./空氣的導(dǎo)熱系數(shù)cp=1005,/空氣的定壓比熱容c0=

10、1.1,/肋管錯(cuò)排時(shí)計(jì)算換熱系數(shù)時(shí)所乘系數(shù)，一般為1.11.15,Rf=0.0003,/污垢熱阻c3=1.5,/濕工況時(shí)流阻修正系數(shù)，查表4-14/制冷劑側(cè)AA=0.37,/物性系數(shù)，見表4-7u1=2.02e-4,/制冷劑的動(dòng)力黏度k1=1.0,/彎頭局部阻力系數(shù)，無油時(shí)，0.81.0k2=0.126,/彎頭摩擦阻力系數(shù)，無油時(shí)，0.094*R/di,R 為曲率半徑nn=5./彎頭數(shù)/不考慮制冷劑壓降h3=250.0e3,/冷凝器出口比焓t4=t0./蒸發(fā)器入口溫度h4=h3,/蒸發(fā)器入口比焓x4=0.22./蒸發(fā)器入口干度v4=0.0143,/蒸發(fā)器入口比容t5=t0,/蒸發(fā)器出口溫度h5

11、=400.0e3,/蒸發(fā)器出口比焓x5=1,/蒸發(fā)器出口干度v5=0.0625./蒸發(fā)器出口比容x0=(x4+x5)/2, /平均干度v0=(v4+v5)/2; /平均比容/制冷負(fù)荷double p=Ma*(h1-h2);/每米肋管結(jié)構(gòu)參數(shù)Af=(s1*s2-pi/4*d0*d0)*2*1/e,/肋片表面積Ap=1/e*pi*d0*(e-yf),/肋片間基管外表面積A=Af+Ap,/總外表面積Ai=pi*di,/內(nèi)總表面積t=A/Ai,/肋化系數(shù)a=A/s1/1,/肋通系數(shù)E=(s1-d0)*(e-yf)/s1/e;/凈斷面比/所需制冷效率double n0=(h1-h2)/(h1-hs);c

12、out<<"制冷效率"<<n0«'n'/空氣側(cè) doublev=va/E,/最小流通斷面速度N1,i=1,aa,de;for(;i>0.05;N=N1)/肋片空氣通道當(dāng)量直徑de=2*(s1-d0)*(e-yf)/(s1-d0)+(e-yf);/氣流方向的肋片長度double L=N*s2;/計(jì)算雷諾數(shù)double Re=R*v*de/u;/計(jì)算系數(shù)與指數(shù)doublec1=1.36-0.00024*Re,c2=0.518-2.315e-2*L/de+4.25e-4*pow(L/de,2)-3e-6*pow(L/de,3

13、), n=-0.28+0.08*Re/1000,m=0.45+0.0066*L/de;/換熱系數(shù)aa=c0*c1*c2*g1/de*pow(L/de, n)*pow(Re,m);/由公式4-36aN1=-log(1-n0)*cp*R*va/aa/a;i=(N1-N)/N1;if(i<0) i=-i;N=ceil(N);if(i nt(N)%2!=0) N=N+1;coutvv"沿氣流方向肋管排數(shù)"v<Nvv'n'/迎風(fēng)面積double fa=Ma/R/va;/總傳熱面積double A仁 fa*a*N;/求肋管外表面當(dāng)量換熱系數(shù)m=sqrt(2*

14、S*aa/yf/g),/肋片現(xiàn)狀系數(shù)/當(dāng)量肋高l=(a1*s1/2-d0/2)*(1+0.805*log(a1*s1/d0)/log(10).n f=ta nh(m*l)/m/l./肋片效率/當(dāng)量換熱系數(shù)aae=S*aa*( nf*Af+Ap)/A);/制冷劑側(cè) doubleq=p/(A1/t),/肋管內(nèi)表面熱流密度vm=110,/制冷劑質(zhì)量流速，由q查表4-10t00,j=1, n;for(;j>0.1;t0=t00)/制冷劑循環(huán)量 double Mr=p/(h5-h4);/并列肋管路數(shù) n=Mr/(pi/4*di*di*vm);n=floor( n);if(in t( n)%2=0)

15、 n=n+2;else n=n+1;vm=Mr/n/(pi/4*di*di);/管內(nèi)制冷劑換熱系數(shù) ab=AA*pow(vm,0.4)*pow(q,0.4)/pow(di,0.6);double K=1/(1/aae+Rf+t/ab);/所需傳熱溫差double tm=p/K/A1;t00=(t1-t2*pow(ei,(t1-t2)/tm)/(1-pow(ei,(t1-t2)/tm);j=(tOO-tO)/tOO;if(j<0) j=-j;tO=i nt(tO);coutvv"并列肋管路數(shù)"<<nvv'n'vv"蒸發(fā)溫度"

16、;<<tO<<'n'<<"管內(nèi)制冷劑換熱系數(shù)"vvvm<v'n'vv" 肋管內(nèi)表面熱流密度"vvqvv'n'cout«"管內(nèi)制冷劑換熱系數(shù)"<<ab<<'n'/蒸發(fā)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)doubleH=s1*n,/高度B=fa/H,/長度L=N*s2;/厚度cout«"高度"vvH<v'n'vv" 長度"<<B<&l

17、t;'n'<<"厚度"<<L<<'n'/管內(nèi)制冷劑壓降Re仁vm*di/u1./雷諾準(zhǔn)則數(shù)f=0.037*pow(K1/Re1,0.25),/ 摩擦阻力系數(shù)pO=(f*B*( nn+1)/di+nn *(k1+k2)+2*(x5-x4)/x0)*v0*vm*vm/2;/空氣側(cè)阻力doublep1=0.07*L/de*pow(v,1.7),/ 干工況流阻p2=1.2*p1,/錯(cuò)排，阻力增加20%p3=c3*p2;/濕工況流阻cout«"制冷劑壓降"<<p0<<endl<<"空氣側(cè)流阻"vvp3<vendl;二、計(jì)算結(jié)果制冷效率080543沿氣流方向肋管排數(shù):6析濕系數(shù)：1.61013當(dāng)量換熱系數(shù)：63.4683W/ (m?K)