除湿机室外冷凝器换热器设计计算

  一.    冷凝器的种类

  冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却使之液化。也即使过热蒸气流经冷凝器的放热面，将其热量传递给周围介质---水与空气等，而其自身则被冷却为饱和气体，并进一步被冷却为高压液体，以便制冷剂在系统中循环使用。

  根据冷却剂的不同种类，冷凝器可归纳为四类，即：水冷、空冷、水-空气冷却（即蒸发式和淋水式）以及靠制冷剂蒸发或其它工艺介质进行冷却的冷凝器。

  商用空调的冷凝器主要是水冷式和空冷式，除冷水机组以外，主要是空冷冷凝器。

  二.  空冷冷凝器简介

  空冷式冷凝器完全不需要冷凝水，而是利用空气使气态制冷剂冷凝。制冷剂在空冷式冷凝器中的传热过程和水冷式冷凝器相似，有降低过热、冷凝和再冷三个主要阶段。下图给出氟利昂22气体制冷剂通过冷凝排管时的状态变化与冷却用空气的温度变化。从图中可以看出约90%传热负荷用来使制冷剂冷凝，冷凝段中制冷剂的温度基本不变，图中示出的温降则是由于制冷剂经过冷凝盘管时的流动阻力所造成。

  根据空气流动发生的原因不同，空冷式冷凝器有对流式和强迫对流式之分，我们需要计算的即是强迫对流式。气态制冷剂进入肋管内，冷凝液流出。借助于轴流风机或离心风机使空气以2-3m/s的迎面速度横掠肋管束，吸收管内制冷剂放出的热量。

  已知参数

  室外冷凝器（空冷）制冷量Φ0=12000W，蒸发温度t0=7.2℃，管径d0=9.52mm,管厚为0.36mm,肋片厚度δf=0.11mm,肋间距e=1.8mm,管间距s1=25mm,冷却空气进出口温度t1=35℃,t2=43℃，肋片直径df=21.65mm,h=6.065mm,空气定压比热cp=1.005kJ/kg.k。

  解答：

  1． 定冷凝器的热负荷

  由公式Φk=φΦ0, φ由t0与tk查《实用制冷与空调工程手册》（机械工业出版社）中图确定，查图得φ=1.22。

一般的tk-t2=3～5℃，取tk-t2=5℃,则tk=43+5=48℃.

则Φk=1.22×12000=14.64kw 。

  2． 算冷却空气量

  vA= Φk/Cp(t2-t1)=14640/(1.005×8×1000)=1.82kg/s=5459m3/h.

  3． 计算各部分面积Af、Ap 与Ai,肋化系数τ，以一米长肋片管为例。

  Ap=Πd0(1-δ0/e)+( Πdfδt/e)

  其中δ0=δt=δf即肋片厚度  代入上式参数

  Ap=3.14X9.52X10-3X（1-0.11/1.8）+3.14X21.56X(0.11/1.8)X10-3=32.25X10-3M2

  Af=2Π(d0+df)/2[h2+δf2]1/2/e

  =2X3.14X(9.52+21.56)/2X[6.0652+0.112]1/2X(1/1.8)X10-3

  =329.8X10-3 M2

  AI=ΠdI*1=3.14X(9.52-0.36X2)X10-3=27.63 X10-3 M2

  肋管总外表面积A01=Ap+Af=32.25 X10-3 +329.8 X10-3

                                 =362 X10-3 M2

  肋化系数τ=A01/AI=362 X10-3/27.63 X10-3=13.1

  净面比  ε=（S1-d0）（e-δf）/S1e

        S1——管子横向中心距

        =（25-9.52）（1.8-0.11）/（25X1.8）

        =0.581

  4．初步计算冷凝器的总传热面积

  根据经验值，先设定ψ=200——300W/m2

  取ψ=300 W/m2

  则估算总传热面积A1=Φk/ψ=14640/300=48.8 m2

  5．查《实用制冷与空调工程手册》（机械工业出版社）P171 ，取换热器传热系数K=35 W/m2K

  6．传热温差ΔT*=8/[ln(48-35)/(48-43)]=8.373

  7．传热面积约A*=Φk/KΔT*=14640/(35X8.373)=49.96 m2

  真实的热流密度ψ*=Φk/ A*=14640/49.96=293.06

   验证|(ψ*-ψ)/ ψ*|=|(293.06-300)/293.06|

                   =2.4%<5%  

  验证通过。

  8．最后决定冷凝器结构

  实际所需传热面积A*=49.96 m2

  所需肋管的总长L= A*/A01=49.96/(362X10-3) =138.01m