表冷器计算书.docx

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表冷器计算书

表冷器计算书

（一）前表冷器

a.已知：

1风量：

14000CMH

空气质量流量qmg=（14000×1.2）/3600≈4.667kg/s

空气体积流量qvg=14000/3600≈3.889m3/s

2空气进、出口温度：

干球：

35/17℃湿球：

30.9/16.5℃

3空气进、出口焓值：

105.26/46.52KJ/㎏

4进水温度：

6℃，流量：

110CMH（前、后冷却器）

5阻力：

水阻＜70KPa，风阻700Pa（前后冷却器）

b.计算：

1接触系数ε2：

ε2=1-（tg2-ts2）/（tg1-ts1）

=1-（17-16.5）/（35-30.9）≈0.878

2查《部分空气冷却器的接触系数ε2》表：

当Vy=2.3~2.5m/s时：

GLⅡ六排的ε2=0.887~0.875

从这我们可以看出：

六排管即可满足要求。

（可得出如下结论：

在表冷器外型尺寸受到限制的情况下，我们从增大换热面积来提高换热总量总是不大理想，即使强行增加排数仍旧帮助不大。

我近30遍的手工计算也证明了这一点。

提高水流速和降低水温对提高换热总量有更为积极的贡献。

通过计算我们可以发现钢管的水阻实在太大，稍微增加一点，水阻就大的吓人。

于是我设计采用了两组双排供、双排回的表冷器，在两组总排数仅8排的表冷器里同时供回水达四排之多，水程就一个来回。

这样就出现了大流量小温差的情况，水流速ω可以提高。

在冷冻水里添加乙二醇，使冷冻水的冰点下降。

很容易我们发现对数平均温差提高了很多。

从而达到了提高换热总量的目的。

）

3选型分析：

⊙冷负荷Q=qmg×（h1-h2）

4.667×（105.26－46.52）≈274.14Kw（235760Kcal/h）

⊙由六排管的水阻△Pw=64.68ω1.854≤70Kpa

得：

管内水流速ω≤1.04356m/s

[水阻的大小和水程的长短也有密切的关系，经验公式没有对此给个说法。

推论：

八排管（即实际上的二排管）在流速一定时的水阻必为六排管的1/3。

理论上可以使△Pw=21.56ω1.854≤70Kpa，有ω≤1.8874m/s，但常识告诉我们：

不能如此取值，可以判定八排管（即实际上的二排管）的ω≤1.5m/s为合理。

]安全起见，设令：

ω=1.2m/s

⊙要求Vy=2.3~2.5m/s，可初估迎面尺寸（计算表明风速和流速的增加，将带来K值的增加，但K值的增加，却导致迎面的减小，间接使整个换热面积A的减小，我对Vy=2.8m/s进行的计算表明，K值的增加，A值减小，K×A之积增加并不明显。

从这点来看牺牲K值换A值较为有利于整体换热效果，特别的要保6~8排的K值，换来的是将在以后用4~6排的增加面积来弥补，是很得不偿失的，况且那时K值还得再按0.8倍计算。

但按Vy=2.0m/s计算表明：

A值增加，K×A之积也反而减小，K=65.336，考虑其它因数K=54.23，β≈0.8862，γ≈0.17322；ε1≈0.5665534，提出tw1=1.2℃的不合理要求。

由多次的计算看出存在一个K×A最佳大值，即以下的分析计算）。

控制Vy=2.3m/s左右，有：

迎风面积Ay=qvg/Vy=3.889/2.3=1.691m2

令：

表冷器长L=1500L’=1500+120+120+60=1800

表冷器高h=Ay/L=1.691/1.5≈1.127m

迎面换热管数n=h/39≈28.9（根）

取n=29根同时总供水根数N=29×4=116根

有：

表冷器高h=1131h’=1131+84=1215

迎风面积Ay=L×h=1.6965m2

迎面风速Vy=qvg/Ay=3.889/1.6965≈2.29237m/s

⊙可提供的冷水流量qmw：

经反复多次验算，按△tw=3.5℃左右较为合理。

冷冻水量qmw=Q/C×△tw

=274.14/4.1868×3.5

=18.71kg/s

=18.71L/s（67.356CMH）

根据所提供的110CMH的水量分配到前表冷器可在75CMH左右（由于水泵的选大，实际流量已在120CMH以上，分配到前表冷器可达80CMH）。

通水截面Aw=n×Ad=116×1.54×10-4=1.7864×10-2m2

ω=qmw/Aw≈1.047m/s

提高到ω=1.2m/s有qmw=21.4368L/s（77.17248CMH）

则：

△tw≈3.0544℃≈3.1℃

4表冷器结构尺寸（GLⅡ型）

查《实用制冷与空调工程手册》page584~586《空气冷却器性能参数》表:

肋管D18×2+φ38钢绕片片距3.2mm

单位长度管传热面积：

Fd=0.64㎡/m

考虑局部存有片距为3.2～3.4㎜，统一按Fd=0.61㎡/m计。

换热面积A：

A=n×8×L×Fd=29×8×1.5×0.61=212.28㎡

5析湿系数：

ξ=（105.26－46.50）/[1.01（35－17）]=3.231

6传热系数：

K8=[1/（21.1Vy0.845ξ1.15）+（1/216.6W80.8）]-1≈99.077W/㎡℃

K8计=K8×η=99.077×0.83≈82.234W/㎡℃

η=0.83—修正系数（考虑排数、污垢、表面积灰、计算误差等安全因素）

7计算热交换效率系数ε1:

计算传热单元数：

β=KA/ξqmgCp

=82.234×212.28/3.231×4.667×1.01×103

≈1.14621

计算水当量比：

γ=ξqmgCp/qmwC

=3.231×4.667×1.01/21×4.1868

≈0.17322

ε1=[1－e-（1－γ）β]/[1－γe-（1－γ）β]

≈0.612354/0.93285

≈0.656432

8校核计算冷冻水初始温度tw1：

⊙tw1=tg1-（tg1-tg2）/αε1

=35-（35-17）/0.95×0.656432

≈6.136℃

（根据〈简明空调设计手册〉page150介绍：

考虑安全系数α=0.94。

这是针对冷冻水从头走到底的情况，我们选取的是八排四进四出，冷排管始终保持一个平均低温状态，可以使安全系数α=0.95~1，取α=0.95）

tw1=6.136℃＞6℃满足可提供6℃的冷冻水要求。

取tw1=6.0℃

⊙我们的结构更多的可能是α=1：

tw1=tg1-（tg1-tg2）/αε1

=35-（35-17）/1×0.656432

≈7.58℃

⊙tw2=tw1+△tw=6+3.1=9.1℃

9校核计算传热量

⊙对数平均温差△tm

△tm=[（35-9.1）-（17-6）]/ln[（35-9.1）/（17-6）]

=14.9/ln25.9/11

≈17.4℃

⊙Q=KA△tm=82.234×212.28×17.4≈303736（w）≈303.73（Kw）

⊙安全系数

（303.73-274.14）/274.14≈10.8%

分析：

由于我们在参数的取值设定上已是最不利的情况，而计算又充分考虑了余量，且使用的计算公式本身就是根据实验得出的经验公式，在此基础上还有余量是安全合理的。

10风阻校核计算：

六排：

△Ps=32.05Vy1.695=32.05×2.292371.695

≈130.77Pa

八排：

△Ps=130.77×8/6≈174.36≈175Pa

⑾水阻校核计算：

六排：

△Pw=64.68ω1.854KPa

这里八排管（即实际上的二排管）估取△Pw=40Kpa，满足要求。

（二）后表冷器

a.已知：

11风量：

14000CMH

空气质量流量qmg=（14000×1.2）/3600≈4.667kg/s

空气体积流量qvg=14000/3600≈3.889m3/s

12空气进、出口温度：

干球：

39.8/14.5℃湿球：

19.4/10.1℃

13空气进、出口焓值：

55.62/29.79KJ/㎏

14进水温度：

6℃，流量：

110CMH（前、后冷却器）

15阻力：

水阻＜70KPa，风阻700Pa（前、后冷却器）

b.计算：

①接触系数ε2：

ε2=1-（tg2-ts2）/（tg1-ts1）

=1-（14.5-10.1）/（39.8-19.4）≈0.7843

②查《部分空气冷却器的接触系数ε2》表：

当Vy=3m/s时：

GLⅡ六排的ε2-6＞0.78922、

GLⅡ四排的ε2-4＜0.78922

通过我以前多次的计算比较，选取12排才能较好的满足K×A的要求，为不使水阻过限，分三组每组走四排（两个来回）。

③选型分析：

⊙冷负荷Q=qmg×（h1-h2）

4.667×（55.62-29.79）≈120.55Kw（112735Kcal/h）

⊙控制Vy=3m/s，可初估迎面尺寸：

Ay=qvg/Vy=3.889/3≈1.2963≈1.3m2

令：

L=1500（统一外型宽度）L’=1500+120+120+60=1800

h=Ay/L=1.3/1.5≈0.867m

n=h/39≈22.23根取n=22根、N=22×3=66根

有：

h=858h’=858+84=942

Ay=L×h=1.5×0.858=1.287m2

Vy=qvg/Ay=3.889/1.287≈3.0217m/s

⊙管内水流速ω

根据在前表冷器的分析，设令：

ω≤1.1m/s

⊙可提供的冷水流量qmw：

经反复多次验算，按△tw=3.5℃估：

qmw=Q/C×△tw

=120.55/4.1868×3.5

≈8.23kg/s

=8.23L/s（29.615CMH）

根据所提供的110CMH的水量分配到后表冷器可在35CMH左右（由于水泵的选大，实际流量已在120CMH以上，分配到前表冷器可达40CMH）。

Aw=n×Ad=66×1.54×10-4=1.0164×10-2m2

ω=qmw/Aw≈0.88m/s（小于设定的ω≤1.1m/s）

qmw=11.11L/s（40CMH）可提高到ω=1.0932m/s

则：

△tw≈2.592℃≈2.6℃

④表冷器结构尺寸（GLⅡ型）

查《实用制冷与空调工程手册》page584~586《空气冷却器性能参数》表:

肋管D18×2+φ38钢绕片片距3.2mm

单位长度管传热面积：

Fd=0.64㎡/m

考虑局部存有片距为3.2～3.4㎜，统一按Fd=0.61㎡/m计。

换热面积：

A=n×12×L×Fd=22×12×1.5×0.61=241.56㎡

⑤析湿系数：

ξ=1（因为没有除湿）

⑥传热系数：

K12=[1/（21.1Vy0.845ξ1.15）+（1/216.6W80.8）]-1≈43.64W/㎡℃

K12计=K12×η=43.64×0.71≈30.983≈31W/㎡℃

η=0.71—修正系数（考虑排数、污垢、表面积灰、计算误差等安全因素）

⑦计算热交换效率系数ε1:

⊙计算传热单元数：

β=KA/ξqmgCp

=31×241.56/1×4.667×1.01×103

≈1.58865

⊙计算水当量比：

γ=ξqmgCp/qmwC

=1×4.667×1.01/11.11×4.1868

≈0.101336

⊙ε1=[1－e-（1－γ）β]/[1－γe-（1－γ）β]

≈0.79142/0.9788632

≈0.80851

⑧校核计算冷冻水初始温度tw1：

⊙tw1=tg1-（tg1-tg2）/αε1

=39.8-（39.8-14.5）/0.94×0.80851

≈6.51℃

tw1=6.51℃＞6℃满足可提供6℃的冷冻水要求。

取tw1=6.0℃

⊙tw2=tw1+△tw=6+2.6=8.6℃

⑨校核计算传热量

⊙对数平均温差△tm

△tm=[（39.8-8.6）-（14.5-6）]/ln[（39.8-8.6）/（14.5-6）]

=22.7/ln31.2/8.5

≈17.457℃

⊙Q=KA△tm=31×241.56×17.457≈130722（w）≈130.72（Kw）

⊙安全系数

（130.72-120.55）/120.55≈8.44%

分析：

由于我们在参数的取值设定上已是最不利的情况，而计算又充分考虑了余量，且使用的计算公式本身就是根据实验得出的经验公式，在此基础上还有余量是安全合理的。

⑩风阻校核计算：

6排：

△Pg=19.99Vy1.862=19.99×3.02171.862

≈156.69Pa

12排：

△Ps=156.69×12/6≈313.38≈315Pa

⑾水阻校核计算：

6排：

△Pw=64.68ω1.854KPa

这里12排管（即实际上的4排管）估取△Pw=60Kpa，满足要求。

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