kw水冷式管壳冷凝器设计说明书.docx
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kw水冷式管壳冷凝器设计说明书
课程设计
课程名称热交换器课程设计
题目名称106kW水冷式冷凝器
学生学院材料与能源学院
09011班
专业班级热能与动力工程（制冷与空调方向）
学号30
学生姓名陈桂福
指导教师王长宏
2012年7月5日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称106KW水冷式冷凝器
学生学院材料与能源学院
专业班级热能与动力工程制冷0901班
姓名陈桂福
学号30
一、课程设计的内容
设计一台冷库用冷凝器。
冷凝器热负荷Qk=106KV，冷凝温度tk=40C,制
冷剂为R22冷却水进出口温度分别为：
进口温度t2=32C,出口温度t2=36T
1）学生在教师指导下独立完成设计。
2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。
3）图纸要求：
图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，用计算机绘图。
4）说明书要求：
文字要求：
文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。
格式要求：
（1）课程设计封面；
（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；心得体会等；
（6）参考文献
三、课程设计应完成的工作
1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份;
2）绘制换热器的装配图1张，拆画零件图1〜2张
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
学生分组；布置任务；根据设计任务收集有关的原始资料，并选定热交换器的型式等。
扌曰定教至
进行换热器设计计算（包括传热计算、结构计算、流动阻力计算和强度计算等）
宿舍
编写设计说明书（严格按照广东工业大学课程设计说明书撰写规范编写）
宿舍
绘制换热器装配图1张；拆画零件图1〜2张
宿舍
设计答辩及成绩评定
扌曰定教至
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]吴业正•制冷原理及设备（第2版）[M].西安：
西安交通大学出版社，1998.
[2]吴业正.小型制冷装置设计指导[M].北京：
机械工业出版社，1999.
[3]史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].南京：
东南大学出版社，2003.
[4]余建祖.换热器原理与设计[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2006.
⑸杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
⑹中华人民共和国国家标准一管壳式换热器（GB15J1999）.
[7]其它设计资料：
包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺等相关资料.
发出任务书日期：
2012年6月25日指导教师签名：
计划完成日期：
2012年7月6日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
设计总说明
本课程设计是设计一个热负荷为106kW的水冷式管壳冷凝器。
本课程设计是在给定冷凝器换热量Q=106KW/制冷剂为R22,冷凝温度tk=40C,冷却水进口温度t2=32T，冷却水出口温度t2=36C,假定蒸发温度to15C、制冷剂过热度为tr5C的条件下进行设计的。
整个设计过程主要包括传热设计计算、水的流动阻力计算、结构设计计算、配件选择及主要配件的强度校核，同时结合整体设备运行原理，对该水冷式管壳冷凝器各性能参数进行校正。
本次设计先从传热设计计算着手，先根据热力循环对系统进行热力计算，同时采用假定热流密度及试凑法进行计算以确定较好的工作点，其中传热设计计算与结构设计计算相互交叉进行，接着计算水的流动阻力以及零部件的选取，最后进行强度计算与强度校核。
设计内容包括了换热管的布置排列，换热管和流程数、管长、壳体、端盖、法兰、螺栓和垫片等的选取。
经过设计计算，可以知道壳管式冷凝器的换热面积为Fo=、流程数N=2总管数NZ=68根，有效单管长1=，制冷剂蒸汽进口管径42，制冷剂液体出口管径42，冷却水进出口管径为108，水泵最小功率为Pe=。
通过本次的设计，得到了一个较合理的水冷式管壳冷凝器。
关键词：
冷凝器管壳式热交换器课程设计
10
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12
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17
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20
'、冷凝器热力、结构计算1
冷凝器的传热循环的确定1
冷却水流量qvs和平均传热温差Tm的确定2
换热管的选型3
估算换热管总长3
确定每流程管数Z、有效单管长I及流程数N
传热管的布置排列及主体结构4
传热计算及所需传热面积确定5
二、冷却水侧阻力计算8
三、冷凝器的配件及其强度校核9
连接管管径计算
防冲板
壳体
管板
端盖
支座
支撑板
拉杆
法兰类选择
垫片
螺栓
分程隔板
四、心得体会
五、主要参考文献
、冷凝器热力、结构计算
冷凝器的传热循环的确定
根据冷库的实际工作工况：
取蒸发温度to15C,过热度tr5C,即吸
入温度ti10C，冷凝器出口温度t4tk40C。
查《冷库制冷设计手册》第441页图6-7，R22在压缩过程指示功率i=0.78查R22压焓图得
hi=405kJ/kg,h2=443kJ/kg,h3=418kJ/kg,h4=250kJ/kg,
3
4=10-3m/kg,2s=kg
wt=h2-h1=（443-405）kJ/kg=38kJ/kg
wt38
wj-48.7kJ/kg
Ji0.78y
h2sh|wi（40548.7）kJkg453.7kJkg
再查R22压焓图得t2s800C
Qk106cconb/
qmo-0.520kgs
h2sh4453.7250
冷却水流量qvs和平均传热温差Tm的确定
1.2.1冷却水流量qvs确定
冷却水进出口温度t232C,t236C,平均温度tm34C，由水的物
性表可得：
994.3kg/m3Cp4174J/（kgK）0.7466106m2/s
62.48102W/（mK）
则所需水量qvsQk/cp（t2t2）0.006385m3/s
1.2.2平均传热温差Tm的确定
由能量平衡，有
各段对数平均温差
（1）段:
七312o
tm1-6.20C
Intkt2
tkt3
（2）段：
tm2（t2st2）（tkt3）17.57oC
Int2st2
tkt3
整个过程的平均温差（积分平均温差）
tm1tm2
换热管的选型
根据《小型制冷装置设计指导》第71页表3-4，选用2号滚轧低翅片管为传热
管,有关结构参数为：
di11mmdt16mmt0.35mmdb13mmSf1.5mm
单位管长的各换热面积计算如下：
翅顶面积addtt/sf0.0160.00035/0.0015m2/m0.0117m2/m
翅侧面积af（dtdb）/（2sj（0.0160.013）/（20.0015）m/m0.0911m/m
翅间管面面积abdb（sft）/sf0.013（0.00150.00035）/0.0015m2/m0.031m2/m
22
adi0.011m/m0.0346m/m
管外总面积aofadafab（0.01170.09110.031）m2/m0.134m2/m
估算传热管总长
假定按管外面积计算的热流密度q°5800W/m2.贝U应布置传热面积
22
FQk/q。
106000/5800m218.28m2
应布置的有效总管长LF°/a°f18.28/0.134m136.41m
确定每流程管数Z、有效单管长I及流程数N
冷却水进出口温度t232C,t；36C,平均温度tm34C，由水的物性
表可得：
994.3kg/m3Cp4174J/（kgk）0.7466106m2/s
2
62.4810W/（mk）
则所需水量qvsQk/cp（t2t2）0.006385m3/s
根据《热交换器原理及设计》第294页及《小型制冷装置设计指导》第68页表3-2有关年运行小时的规定：
初选冷却水流速度u2m/s,则每流程管数Z4qv/di2u33.59根
取整数Z=34根，即实际水流u上埠40.0063851.98m/s。
diz0.01134
对流程数N,总根数NZ,有效单管长l,壳体内径Dj及长径比l/Di进行组合计算,组合计算结果如表［1］所示：
流程数N
总根数NZ
有效单管长1/m
壳内径Di/m
长径比I/Dj
2
68
4
136
表[1]
其中壳体内径的选择根据《冷库制冷设计手册》第606页对壳体的规格进行选择。
分析上面的组合计算结果，由《热交换器原理及设计》第54页规定，对壳体的长径比一般在4-25之间,通常为6-10，故选择2流程作为冷凝器结构设计依据。
传热管的布置排列及主体结构
现采用管子成正三角形的布置方案，根据《热交换器原理及设计》第45页表换热管中心距的规定，选管距s22mm、分程板两侧相邻管中心距lE35mm为使传热管排列有序及左右对称,共布置68根管,则每流程平均管数Z=34根，
传热管的布置排列如图
（1）所示：
图
（1）
传热计算及所需传热面积确定
1.7.1水侧表面传热系数计算
从水物性表及《小型制冷装置设计指导》第78页表3-12知：
水在tm340C时，运动粘度0.7466106m2/s
物性集合系数B1395.623.26tm2186.44
雷诺数Reud,1.980.011629172.2104,即水在管内的流动状态
0.7466106
为湍流,则由《小型制冷装置设计指导》第78页式（3-5）:
水侧表面传热系数awiB珞2186.44胪89306.6W/（m2K）
d,0.0110
1.7.2氟利昂冷凝表面传热系数计算
由上面图
（1）的传热管的布置方式，在垂直方向上，每列管数分别为2、2、
2、4、4、4、4、4、4、4、4、4、4、4、4、4、4、2、2、2。
由《小型制冷装置设计指导》第77页式（3-4）计算管排修正系数：
/0.8330.8330.833、—、
n（n’n2nz）/（mn2nz）
（620.8331440.833）/680.811
根据所选管型，低翅片管传热增强系数由《小型制冷装置设计指导》第77页式（3-2）计算，其中环翅当量高度
h（dt2
222
db2）/4dt（162132）/（416）mm4.27mm
增强系数
ab/aof1.1（adaf）（db/h）0.25/aof
0.25
0.031/0.1341.1（0.01170.0911）（13/4.27）0.25/0.1341.346
由《小型制冷装置设计指导》第76页表3-11,R22在冷凝温度
tk40C,B1447.1
由《小型制冷装置设计指导》第76页式（3-
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