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• 本文标题：24kW风冷换热器的设计.doc
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• 内容摘要：24kW风冷换热器的设计 学院， 专业， 姓名， 指导老师， 工业自动化学院 能源与动力工程 黄泽轩 学号， 职称， 160407103266 刘利娜刘中杰 高级工程师高级工程师 中国珠海 二二年五月  诚信承诺书 本人郑重承诺，本人承诺呈交的毕业设计24kW风冷换热器的设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名， 日期，年月日 24kW风冷换热器的设计 摘要 在科技发达人类可自由控制冷暖的今天。换热器作为各行各业工作生产和日常生活必需的热交换装置被普遍的使用在生产技术化工工业日常制冷军工国防等传统部门。能源的利用率受到换热器质量的影响。21世纪以来节省能源这一方面的相关研究被世界各国重点关注而高效换热器是关键的节能设备。因此，换热器合理高效的设计和制造对国家事业的发展和高效利用能源都有着至关重要的影响。该设计是关于换热量为24kW的翅片管风冷冷凝器的设计，其适用于制冷能力在20kW左右冷凝温度为50度风力压强190Pa以下的空调制冷系统。首先进行传热计算，根据给定的设计条件估算换热面积，校核传热系数，计算出实际换热面积。然后进行结构设计，选择采用厚度为0。15mm的平直铝肋片和管径为9。52mm的紫铜管作为翅片和换热管，计算出采用长1。6m宽750mm深88mm的换热器并根据算得空气流量进行风机选型。最后，通过选定风机的压头来进行强度验证以验证该冷凝器是否满足要求。 关键词，冷凝器传热翅片管式换热器 Designof24kWaircooledheatexchanger Abstract Nowadayshumanbeingscanfreelycontrolthewarmandcold。Asaheatexchangedevicenecessaryforworkproductionanddailylifeinallwalksoflifeheatexchangearewidelyusedintraditionaldepartmentssuchasproductiontechnologychemicalindustrydailyrefrigerationmilitaryindustryandnationaldefee。Energyutilizationisaffectedbythequalityoftheheatexchanger。Sincethe21stcenturyrelatedresearchesonenergysavinghavebeenpaidcloseattentiontobycountriesallovertheworldandhighefficiencyheatexchangearethekeyenergysavingequipment。Thereforetherationalandefficientdesignandmanufactureofheatexchangehaveacrucialimpactonthedevelopmentofthenationalcauseandtheefficientuseofenergy。Thedesignisaboutthedesignofafinnedtubeaircooledcondeerwithaheatexchangecapacityof24kW。Itissuitableforairconditioningandrefrigerationsystemswitharefrigerationcapacityofabout20kWacondeationtemperatureof50degreesandawindpressureof190Paorless。Fitcalculatetheheattraferestimatetheheattraferareaaccordingtothegivendesignconditiochecktheheattrafercoefficientandcalculatetheactualheattraferarea。Thenthestructuraldesignwascarriedoutandstraightaluminumfiwithathicknessof0。15mmandcoppertubeswithadiameterof9。52mmwereselectedasfiandheatexchangetubes。Thefanisselectedaccordingtothecalculatedairflow。Finallystrengthverificationisperformedbyselectingtheheadofthefantoverifywhetherthecondeermeetstherequirements。 Keywords:Condeerheattraferfinnedtubeheatexchanger 目录 1前言 5 1。1本设计的目的意义 5 1。2本设计的设计过程 6 2冷换设备设计基础 7 2。1换热器的应用与分类 7 2。2冷凝器概述 8 2。3翅片管式换热器 9 2。4冷凝器的换热分析 11 2。5冷凝器中凝结换热过程分析 12 2。6冷凝器的结构分析 13 3传热计算 17 3。1风冷冷凝器的设计条件及基本参数 17 3。2风冷冷凝器的设计计算 17 4冷凝器总成图纸 23 4。1冷凝器二维图 23 4。2冷凝器总成三维视图 25 5结论 27 参考文献 28 致谢 29 附录 30 附录1外文文献Designandanalysisofdoublepipecounterflowheatexchanger(condeer)toproducehotwaterasmodificationofairconditionersplitcondeer 30 附录2外文译文空调分流式冷凝器改型双管逆流换热器，冷凝器，的设计与分析 36 1前言 能源的需求是现如今生活在地球上的人们十分重视与其生活息息相关的一个问题，现在对各种能源资源的优化开发和高效运用已经成为世界上各个国家的重点研究方向。热交换设备作为高效利用能源时不可或缺的一部分，在工业日常生活等领域中被广泛使用。在化工电力交通运输航空和航天日常制冷等部门中特别受欢迎。伴随着现代化工业的进展，人们不断地在提高对能源合理开发和高效利用的要求，导致热交换器的优化性能和更新迭代日渐重要。而考虑到在研究换热器时所需满足各种严苛的条件和特殊的情况，使得这方面的研究越发严谨和重要。因此，在进行更高效的热交换设备的研究时不仅要满足其的生产研发所需的工艺条件，还要加大对其综合性能的要求。 1。1本设计的目的意义 近些年来，技术发展日新月异，为了更好的开发利用新的能源和减少对自然环境的伤害，人们对换热器设计方法和传热强化技术的研究也加快了速度，更多的设计者研发出多种新颖而高效的换热器。同时，作为节能措施中相对重要的一环的换热器设备，其各种不同的类型越来越受到生活中各行各业的关注。所以不管是为了提高能源利用效率还是为了促进工业发展，对换热器进行合理的设计和制造都十分重要。换热器是一种能在两种或以上不同度数的介质之间传热的换热设备。将热量从热流体传递到冷流体，使两种流体的温度符合生产环境所需，更好的满足工艺条件和人们的生产需求是热交换器研究开发的意义。 冷凝器属于热交换器的一种类型，是制冷系统中极为重要的热交换设备。其主要功能是在高温高压条件下冷却并液化从设备排出的气体制冷剂。满足系统的制冷剂循环要求。冷凝时放出的热量由进行冷却的空气或冷却水从冷凝器中带出。热流体为需被冷却或冷凝的制冷剂，冷流体为常见的水或空气作冷却介质，由不同的冷流体所作介质的冷凝器可分为风冷水冷和水空气混合冷却式冷凝器。在正常的环境下，这三种冷凝器就可以达到良好的效果。但是随着科学技术的发展以及世界水资源紧张程度的提高，风冷冷却式热交换设备已经广泛应用于石油化工冶金核电电力制冷空调等行业。 风冷冷凝器是一种使用环境空气作为冷却介质并将其吹扫通过翅片管以冷凝管中高温过程流体的装置。风冷冷凝器使用空气作为冷却介质，使其不会像水冷冷凝器那样有因为要用水循环而导致有可能对环境造成污染的缺点，而且其节能效果非常明显。另外，它的优点还包括工作寿命长使用起来更加安全以及保养成本低等。 1。2本设计的设计过程 该设计主要针对制冷和空调系统的冷凝器进行设计，熟悉制冷和空调行业的热交换设备及其工艺过程，熟悉其工作原理，了解热交换器的结构并执行相关的设计计算和验证。主要内容是冷凝器的设计计算，结构设计和强度验证。首先，进行传热计算，根据给定的设计条件估算换热面积，校核传热系数，计算实际换热面积。然后进行结构设计，进行各部件的材料选择，确定冷凝器各部分的尺寸。最后，进行强度验证以验证其是否可以满足要求。 2冷换设备设计基础 2。1换热器的应用与分类 2。1。1换热器的应用 在科技发达人类可自由控制冷暖的今天。换热器作为各行各业工作生产和日常生活必需的热交换装置被普遍的使用在生产技术化工工业日常制冷军工国防等传统部门。能源的利用率受到换热器质量的影响。21世纪以来节省能源这一方面的相关研究被世界各国重点关注而高效换热器是关键的节能设备。因此，换热器合理高效的设计和制造对国家事业的发展和高效利用能源都有着至关重要的影响。 2。1。2换热器的分类 随着科学技术的不断发展，换热器作为热传递设备几乎在任何地方都可以看见在工业和生活中经常得到使用特别是在高能耗领域。在节能产品越来越多技术越来越发达的今天，换热器的新种类也越来越多。不同的工作原理和组成，使得不同种类的换热器能各自在不同工况不同压力不同介质不同温度的情况下使用。可根据以下几个方面进行分类: (一)按传热过程特点分类 1。混合式换热器 又叫直接接触式换热器。它是一种不需要设计间壁来传递热量，冷流体与热流体两者直接接触就可以换热的换热器。混合式换热器的运用只适用于允许流体混合的条件，但其优点是传热面积大结构简便高效便宜。 2。蓄热式换热器 又叫回热式换热器周期流动式换热器。它是一种通过由固体壁面构成的蓄热体与冷热流体交替接触进行换热的换热器，间壁在热流体经过时温度升高储存热量，而当冷流体流过时壁面释放热量使壁面温度降低，两个过程形成一个循环，不断重复循环使热量能在冷热流体之间交换。 3。间壁式换热器 又叫表面式换热器。它是一种由间壁分离冷热流体流体之间不需要进行接触传热热量经间壁表面从热流体传向冷流体的换热器。在工业上和生活中使用的绝大多数换热器都是间壁式换热器其具有多种不同的结构和不同的类型常见的管壳式板翅式套管式热管式和板式换热器都是间壁式换热器。本论文所研究的翅片管式换热器就属于间壁式换热器。 (二)按传热表面结构分类 分为管式，管壳式套管式蛇管式等，板式，扩展表面式，板翅式翅片管式，管翅式，管带式等，蓄热式。 (三)按流体有无相变分类 1。传热表面两侧无相变对流换热。 2。传热表面两侧有相变对流换热。 其中冷凝器热流体有发生相变冷流体没有相变是本属于第二种分类，也论文所要设计的换热器类型。 2。2冷凝器概述 冷凝器属于热交换器的一种类型，是制冷系统中极为重要的热交换设备。其主要功能是在高温高压条件下冷却并液化从设备排出的气体制冷剂。满足系统的制冷剂循环要求。冷凝时放出的热量由进行冷却的空气或冷却水从冷凝器中带出。 根据所使用的冷却介质的不同，冷凝器可分为风冷水冷和水空气混合冷却式冷凝器。在正常的环境下，这三种冷凝器就可以达到良好的效果。但是随着科学技术的发展以及世界水资源紧张程度的提高，风冷冷却式热交换设备已经广泛应用于石油化工冶金核电电力制冷空调等行业。同时由于风冷式冷凝器使用方便，其在小型制冷装置，尤其是家用空调，中应用的十分广泛。 风冷冷凝器是一种使用环境空气作为冷却介质并将其吹扫通过翅片管以冷凝管中高温过程流体的装置。风冷冷凝器使用空气作为冷却介质，使其不会像水冷冷凝器那样有因为要用水循环而导致有可能对环境造成污染的缺点，而且其节能效果非常明显。另外，它的优点还包括工作寿命长使用起来更加安全以及保养成本低等。风冷式冷凝器可分为强迫对流空气冷却式和自然对流空气冷却式两种。自然对流空气冷却式冷凝器效率不高，仅适用于小型制冷装置如家用冰箱或微型制冷机等设备。本次设计对象为强迫对流空气冷却式冷凝器。 风冷冷凝器的组成结构如图21所示: 管束:由管箱翅片管和框架组成。热流体在管子里流动冷流体空气在管外横扫吹过翅片管束对热流体进行冷凝。 风机:一个或几个风机驱动迫使空气流动。 构架:支持固定冷凝器管束及风机的箱体框架。 图21风冷冷凝器简图 风冷冷凝器根据管束设计的方向和流体的流向可分为水平式风冷冷凝器立式风冷冷凝器和斜顶式风冷冷凝器。 水平式的管束摆放方向和地面平行，冷热流体之间形成错流式流动，市面上普遍的制冷设备都采用这种构造简单组装容易管内外流体分布相对均匀的结构。当介质凝结时，管子的倾斜度应为3或1，，以防止凝结水留在管子中。风冷式冷凝器的基本形式主要是翅片管式，也叫管翅式，，本次设计主要介绍的就是翅片管式换热器。 2。3翅片管式换热器 2。3。1翅片管式换热器基本结构 翅片管又叫作肋片管，由名字可以知道其是加装许多肋片在管子上使换热面变大从而增大传热面积的一种传热元件。翅片管式换热器的原理与结构和一般管壳式换热器很像只是管壳式换热器中的光管部分用翅片管代替。翅片管是翅片管式换热器的重要换热部分，多根翅片管合理的排列在一起构成翅片管换热器。因为翅片增大了传热面积，所以使得热量经由管壁和翅片进行传热时的效率得到提高，翅片管基本结构如图22所示。 图22翅片管简图 翅片管的种类很多。根据管材分，有碳钢不锈钢铜铝钛碳钢铝复合等。翅片常用的有，平翅片板式翅片高频焊螺旋翅片整体型钢质螺旋翅片套胀的整体翅片开齿型翅片纵向翅片等。 2。3。2翅片管式换热器的工作特性 翅片管式换热器是使用较多的一种传热设备。通常用于冷热流体的传热性能相差较大的情况下，为了降低传热性能较差的流体的传热阻力而在管子的外侧安装翅片表面，传热性能好的流体在管内的热阻依然不高，降低了总热阻以此增强换热效率。 翅片管式换热器的优点如下: 1。总体构造紧密。传热效率因为增加了单位体积的传热表面得以提高，在热负荷一样的情况下，满足负荷所需的翅片管比光管要少，因此可以使翅片管换热器外壳的直径或高度设计得更小，便于设备安装和布置。 2。传递热量的能力更强，传热面积比光管多210倍，传热系数相比光管可增加12倍。 3。高效合理的使用材料，不浪费。更加紧密的机械构造不仅节省了空间减少了材料用量，还可以根据应用环境和条件要求自由地选择不同的相对更高效的材料，例如根据不同的换热环境条件在翅片管上镶嵌或焊接其他更高效的材料。 4。对于相变换热，可以增加传热系数或临界热通量密度。 5。在同样的热负荷条件下翅片管的管壁温度tw会比光管的管壁温度要低，这样能使管壁金属表面受到更少的过热损伤和腐蚀。同样，传热温差|tftw|也是翅片管的比光管的小，使得管外表面的结垢也得以减少。翅片管的结垢没有光管的垢层那么均匀，翅片管的结垢会由于胀缩作用在翅片根部断落，这也是翅片管结垢比光管少的一大原因。 翅片管式换热器的缺点是流动阻力大和制造安装成本高。由于风冷器的翅片管的设计制作过程复杂，成本为设备成本的3060，。因为空气的密度比水小得多，所以在使用空气冷却代替水冷却时，需要有更大的传热面积，导致空气冷却器比水冷却器的体积要大。翅片管表面比光管多了翅片，使得流阻更大，功耗也更大。所以在设计时应合理地设计其构造以尽可能减少功耗，使其比光管有更好的传热效果。 2。4冷凝器的换热分析 与其它间壁式热交换器一样，冷凝器中的冷热流体被间壁所分离，温度不同的两种流体在间壁的两侧流动并通过管壁进行热传递。冷凝器的换热计算可以利用间壁式换热器热交换公式进行计算。 ，式2。1， 其中: 热交换量kW 总传热系数kW(m2℃) 与冷热流体接触的间壁的面积m2 冷热流体的对数平均温差℃ 增大冷凝器冷热流体温差增加冷凝器换热面积和增大冷凝器传热系数是提高冷凝器换热效率的三种方法，从上面的热交换公式可以明显看出来。 (1)增加传热温度差，Δt，是提高传热效率的常用方法之一。当使用冷凝器时，用低于常温的水作冷却水冷流体或增加热流体的压力并提高其温度等做法都可以加大换热器的传热温差Δt。但在冷热流体温度基本确定的特殊情况下，冷热流体的温度压力无法改变，想要增加传热平均温差来提高传热效率就需要改变冷热流体的流动布局。但是增加传热温差不能作为提高效率的主要方法，因为温差的改变是有限的，是受到环境条件所影响的，应考虑在实际过程和设备条件下是否可以接受。依靠增加热交换器的传热温度差Δt只能有限地提高热交换器的热交换效率，而增加传热温差会降低热交换器的性能并对热力系统造成影响。所以应合理地运用方法来使整个换热系统的效率得到提高，而不能一味加大传热温差是。 (2)增大传热面积是最常见最普遍的提高传热效率的方法。但不能为了增大传热面积而一味地增加设备数量或加大设备体积在，因为其不仅设备占地面积大，传热效率增幅不明显，还提高了设备的成本。当前，最常用的方法...
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