表冷器计算书.doc

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=1500 L’=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=1131 h’=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 =21.4368 L/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=858 h’=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 =11.11 L/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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