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【制冷冷凝器】太阳能制冷器冷凝器研究与开发

时间2019-03-16 来源:以身殉职网

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【摘 要】本文介绍了一种新型的管壳式冷凝器,它是太阳能吸收式制冷机的重要换热设备之一,其主要作用是将发生器排出的过热制冷剂蒸汽冷凝成为饱和液体,经U形管节流后进入蒸发器吸热蒸发,达到制冷目的。与传统的冷凝器相比,它采用了外螺纹强化换热管,具有换热系数大、体积小、不易结垢等优点。并加装了折流板,增加了气体与管壁的接触时间,从而增强了换热效果。本文介绍了冷凝器的原理、结构、功能,并进行了设计计算和校核。最后,利用Solid works的三维造型功能来设计冷凝器的模型。
【关键词】管壳式冷凝器;吸收式制冷机;强化换热;换热系数;Solid works
1.绪论
1.1本课题研究的背景及意义
世界性的能源紧张,牵制着世界经济的可持续发展。能源消耗主要由工业耗能、交通耗能和建筑耗能组成,而建筑耗能占总能耗的70%,在电力高峰负荷中,电力空调所占的比重已达到50%。大量的二氧化碳的排放,使大面积的植被遭破坏。加快了北方荒漠化的进程,沙漠的最前端距天安门广场只有70km。
化石能源经过数百年的消耗,已经不可逆转的走向枯竭。据测算,化石燃料将在2030~2040年之间达到生产和消耗的峰值。因此,大力开发利用可再生能源已成当务之急。据文献资料介绍,地球大气层上界接收到的太阳辐射功率约为1.73×1017W,其中有23%的太阳辐射能达到地球表面,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能是各种可再生能源的首选。
研究与推广太阳能空调,解决了耗电高的问题,用环保型的制冷剂代替氟里昂。对节约常规能源。癫痫发作的危害保护自然环境都具有十分重要的意义。
1.2 研究冷凝器的重要性
冷凝器是空调系统中的重要换热器,冷凝器对机组的性能有很大影响,对其工作性能的研究有助于制冷系统的改善和整机性能的提高。因此,冷凝器的研究成为当前太阳能空调研究的重点。
对冷凝器的优化设计,提高其冷凝换热系数,不仅可以降低压冷凝压力,提高机组的性能,还能减少冷凝器的换热面积,节省材料,降低成本。在能源问题从原来的民生问题转变为战略问题的今天,节能环保问题倍受关注,研究开发高效节能的热交换装置,是各国在节约能源和保护环境方面重点解决途径之一。
2.冷凝器的设计原理与思路
冷凝器的作用是将发生器排出的高温过热制冷剂蒸汽冷凝成为冷凝温度下的饱和液体。经U形管节流后进入蒸发器吸热汽化,达到制冷目的。在冷凝器里,制冷剂蒸汽把热量传递给周围的介质—水或空气。本文介绍的是管壳式水冷冷凝器,其中冷凝管采用外螺纹式强化换热管,并在壳体内加装了折流板,能有效地增强换热效果[1]。
3.冷凝器的设计计算
3.1热力计算及传热计算
热力计算是根据用户对制冷量和冷媒水温度等的要求,合理的选择某些设计参数(传热温差、冷却水温度、溶液温度等),然后对循环加以计算,其中包括设备热负荷的计算、热平衡计算、泵的流量计算等等,为随后的传热计算提供计算和设计基础[2]。
3.1.1设计参数的选定
(1)已知参数。
1)制冷量:它是根据生产工艺或空调要求,同时考虑到冷损、制造条件以及经济性等因素而提出。此处取3KW(考虑到热量损失,实际计算时按3.3KW)。
2)冷媒水出机温度tl2:它是根据生产工艺或空调要求提出的。对于溴化锂吸收式制冷机,用水作制冷剂,故一般tl2大于5℃。这里取tl2=10℃,冷媒水进蒸发器温度tl1=14℃。
3)冷却水进口温度tw1:根据当地的自然条件决定。需要指出的是,尽管降低tw1能使冷凝压力下降,吸收效果增强,但考虑到溴化锂结晶问题,并不是tw1愈低愈好,而是有一定的合理范围。取tw1=32℃。
(2)选定参数
癫痫病哪儿治疗好1)吸收器出口冷却水温度tw2和冷凝器出口冷却水温度tw3:冷却水的总温升一般取7~9℃。考虑到吸收器的热负荷Qa较冷凝器的热负荷Qk大,通过吸收器的温升△tw1比通过冷凝器的温升 2高。冷却水的总温升△tw2为 。当采取串联方式时
2)冷凝温度tk及冷凝器压力Pk:冷凝温度一般比冷却水出口温度高2~5℃,即
根据tk=42℃,查饱和水蒸气表得Pk=8.198KPa(61.49mmHg)
3)蒸发温度 及蒸发压力 :蒸发温度一般比冷媒水出水温度低2~4℃。即
根据t0=8℃,查饱和水蒸气表得P0=1.072KPa(8.04mmHg)
4)吸收器内溶液最低温度t2(出口温度):吸收器内稀溶液的出口温度t2一般比冷却水出口温度高3~5℃,取传热温差为4℃,得:t2=tw2+4℃=40℃(3-5)
5)吸收器压力Pa:吸收器压力因蒸汽流经挡水板时的阻力损失而低于蒸发压力。一般取△P0=(10-70)Pa,此处取△P0=0.03KPa,得:
6)稀溶液浓度ζa:根据P0和t2从h-ε图查得ζa=56.5%
7)浓溶液浓度ζr:为了保证循环的经济性和安全可行性,希望循环的放气范围(ζr-ζa)在0.03~0.06之间,因而可以取(ζr-ζa)=0.05,得:ζr= ζa+0.05=61.5% (3-7)
8)发生器内溶液最高温度:根据ζr、 Pk从h-ε图查得t4= 92℃
9)溶液热交换器出口温度t7与t8:浓溶液出口温度t8由热交换器冷端的温差确定,如果温差较小,热效率虽较高,要求的传热面积仍会较大。为防止浓溶液的结晶,t8应比ζr浓度所对应的结晶温度高10℃以上,因此冷端温差取15~25℃,即
如果忽略溶液与环境介质的热交换,稀溶液的出口温度t7可根据溶液交换的热平衡式确定,即 式中a—循环倍率。它是吸收1kg冷剂水蒸气需补充稀溶液的公斤数。
将数值代入公式(3-10)得h7=(88.2-74)+6=78.05Kcal/kg
再由h7和ξ在h-ξ图上确定,t7=44℃
3.1.先天后羊癫疯如何治疗2热负荷计算
设备的热负荷根据设备的热平衡式求出。
1.设备单位热负荷
(1)蒸发器:q0=h1-h3=700-141.8=558.2kcal/kg (3-12)
(2)发生器:
qh=h3+(a-1)h4-ah7=715.7+(12.3-1)×88.2-12.3×78.05=752.35kcal/kg (3-13)
(3)冷凝器:qk=h3-h3=715.7-141.8=573.9kcal/kg (3-14)
(4)吸收器:
qa=h1+(a-1)hq-ah2=700+(12.3-1)×74-12.3×65=736.7kcal/kg(3-15)
(5)热交换器:q1=a(h1-h2)=12.3×(78.05-65)=160.52kcal/kg(3-16)
2.设备的热负荷
(1)冷剂水的循环量D==5.08kg/h (3-17)
(2)发生器的热负荷Q=Dqh=5.08×752.35=3821.94kcal/h (3-18)
(3)冷凝器的热负荷Qk=Dqk=5.08×573.9=2915.41kcal/h (3-19)
(1)吸收器的热负荷Qa=Dqa=5.08×736.7=3742.44kcal/h (3-20)
(2)热交换器的热负荷Qt=Dqt=5.08×160.52=815.44kcal/h(3-21)
3.1.3装置的热平衡式、热力系数
(1)热平衡。
若忽略泵消耗功率带给系统的热量以及系统与周围环境交换的热量,整个装置的热平衡式应为:Q0+Qh=Qk+Qa (3-22)
系统吸收的热量为Q0+Qh=2837.49+4446.78=7284.27(Kcal/h)
系统放出的热量为Qk+Qa=2915.41+4367.28=7282.69(Kcal/h)
两者相差很小,故可认为是平衡的。
(2)热力系数。热力系数用ξ表示,它反映消耗单位蒸汽加热量所获得的制冷量,用于评价装置的经济性。哪里有专治癫痫的医院单效溴化锂吸收式制冷机的ξ一般为0.65~0.75,双效溴化锂吸收式制冷机的ξ通常在1.0以上。按定义ε===074 (3-23)
3.1.4 泵的流量及传热面积的计算
(1)冷冻水泵的消耗量
VL===0.709m/h(3-24)
(2)冷却水泵的流量
吸收器:Vw1===1.09m/h (3-25)
冷凝器:Vw2===1.08m/h (3-26)
二者基本相等,这说明冷却水温升的分配是合理的
(3)蒸发器泵的流量Vo===0.051m/h (3-27)
f-蒸发器冷剂水再循环倍率
(4)发生器泵的流量 Vo===0.038m/h (3-28)
ρ-稀溶液密度
(5)吸收器泵的流量
V==0.184m/h (3-29)
f—吸收器中稀溶液再循环倍率;ρp—喷淋溶液密度
(6)冷凝器传热面积Fk的计算[3]
简化的溴化锂吸收式制冷,机的传热计算公式如下,
F=m (3-30)
式中F--传热面积,m;
Q-传热量,w ;
△-热交换器中的最大温差,即热流体进口和冷流体进口温度之差,℃;
a,b-常数,它与换热器内流体流动的方式有关,具体数据见GB151-1999表格;
△t-流体a在换热过程中温度变化,℃;
△t-流体b在换热过程中的温度变化,℃。
采用公式(3-30)时,要求△t20可知,壳体属于薄壁圆筒。
又=≈2.162
由、的值从图3-4查得系数A=2.7
圆筒材料为碳素钢,根据系数A的值和设计温度从外压圆筒刚度设计图可查得B=38
则圆筒许用外压可按下式计算:[P]= (3-35)
代入数值算得[P]==1.027MPa
因为冷凝器内部为真空,所以设计外压即为大气压力。设计外压=0.1MPa

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作者:不详 来源:网络
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