冷凝器热力计算
冷凝器课程设计
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蒸发式冷凝器： 通过蒸发冷却进 行冷却，冷却效 果好，但结构复 杂，成本高
冷凝器的特点： 冷却效果好，结 构简单，成本低， 但冷却效果一般
冷凝器的工作原理
冷凝器是一种换热器，用于将制冷剂从气态冷凝成液态
工作原理：制冷剂在冷凝器中吸收热量，温度降低，冷凝成液态
冷凝器中的制冷剂通过管道进入蒸发器，蒸发器吸收热量，制冷剂蒸发成气态 冷凝器中的制冷剂通过管道进入压缩机，压缩机压缩制冷剂，提高制冷剂的压力 和温度 冷凝器中的制冷剂通过管道进入冷凝器，冷凝器吸收热量，制冷剂冷凝成液态， 完成一个循环
考虑冷凝器的安装和维护， 包括便于拆卸、易于清洗 等
验证冷凝器的设计，包括 计算、模拟和实验等
优化冷凝器的成本，包括 材料、制造和维护等
冷凝器材料选择
材料类型：铜、铝、不锈钢等
材料性能：耐腐蚀、耐高温、 耐高压等
材料成本：考虑经济性和性价 比
材料加工：易于加工和安装， 降低制造成本
冷凝器制造工艺
制造流程和工艺要求
材料选择：根据冷凝器的用途和性能要求选择合适的材料 设计制造：根据设计图纸进行冷凝器的制造，包括切割、焊接、组装等步骤 质量控制：在制造过程中进行质量控制，确保冷凝器的性能和质量符合要求 测试验收：对制造完成的冷凝器进行测试和验收，确保其性能和质量符合要求
制造材料和设备选择
材料选择：根据冷凝器的工作条件和要求，选择合适的材料，如不锈钢、 铜、铝等 设备选择：根据冷凝器的制造工艺和生产规模，选择合适的设备，如冲压 机、焊接机、切割机等
冷凝器应用和维护
冷凝器在制冷系统中的应用
冷凝器是制冷系统中的重要部件，用于将制冷剂从气态冷凝成液态 冷凝器在制冷系统中的作用是提高制冷效率，降低能耗 冷凝器在制冷系统中的安装位置和方式会影响制冷效果 冷凝器的维护和保养对制冷系统的正常运行至关重要
冷凝器参数计算
压缩机型号 制冷量KW Qo= 压缩机输入功率 Ni= 压缩机排气量 Gk= 冷凝温度℃ tk= 蒸发温度℃ to= 过热度℃ tr= 过冷度℃ tg= 冷却水进口温度 t1= 冷却水出口温度 t2= 冷凝温度℃ tk= 蒸发温度℃ to= 传热温差℃ △tm= 冷却水进出口温差 t= △ 冷却水进水温度范围 tk= 冷凝器热负荷 Qk= 单位面积热负荷 qf= 冷凝器传热面积 F= 冷却水量kg/s Gk= 冷却水量m3/h Gk= 一、冷凝热计算输入参数 SRS-S-252 输入 268.60000 输入 60.30000 输入 5881.00000 输入 40.00000 2.00000 5.00000 5.00000 30.00000 35.00000 40.00000 2.00000 7.50000 5.00000 16-33 二、冷凝器热力计算求解 328.90000 24.50000 22-27 13.42449 0.01571 56.57143
Hale Waihona Puke 三、水冷冷凝器基本尺寸参数 换热器换热管间距 A= 0.02000 排列方式 正三角形 换热管管径m D= 0.01588 换热管内径m D1= 0.01270 单根换热管氟侧换热面积 0.04986 Fd= 单根换热管水侧换热面积 0.03988 Fn= 单根换热管水侧通流面积 0.00013 Fds= 二、换热器物理参数计算 冷凝器组数 N= 1 输入 每组冷凝器换热管数 N1= 150 输入 每组冷凝器换热管长 L= 2.00 输入 每组冷凝器流程N3= 2 输入 每组冷凝器水侧通流面积 0.00950 Fy= 每组冷凝换热面积 Fz= 14.95896 必须满足校核值 冷凝器换热面积 F= 14.95896 14.7669 冷却水流速m/s ω= 1.65484 1.5-2.0 摩擦阻力系数 f= 0.03977 水阻力KPa △Pk= 23.31182 100
凝汽器热力计算
t —冷却水出口温度，℃； 2
t —冷却水进口温度，℃； 1
c p —冷却水比定压热容， kW / m2 ℃，可根据冷却水平均
温度 2t1+10 查得，在低温范围内一般淡水计算取 2
cp 4.1868KJ / kg ℃；
Dzp (hs hc ) —蒸汽凝结成水时释放出的热量，kJ/s； K tm A —通过冷却管的传热量，kJ/s； Dw (t2 t1)cp —冷却水带走的热量，kJ/s。
在表面式凝汽器中，冷却工质与蒸汽冷却表面隔开互不接触。根 据所用的冷却工质不同，又分为空气式冷却式和水冷却式两种。水冷 却式凝汽器是最常用的一种，由于用水做冷却工质时，凝汽器的传热 系数高，又能在保持洁净的和含氧量极小的凝结水的条件下，获得和
保持高度真空，因为现代电站汽轮机中主要采用水冷却式凝汽器，只 有在严重缺水地区的电站，才使用空气冷却式凝汽器。
t
327
322
820
* 90（）表示新蒸汽压力为 90at 或，1at=。
凝汽器压力
凝汽器压力是凝汽器壳侧蒸汽凝结温度对应的饱和压力，但是实
际上凝汽器壳侧各处压力并不相等。所谓凝汽器压力是指蒸汽进入凝
汽器靠近第一排冷却管管束约 300mm 处的绝对压力（静压），用 pa
表示，也叫凝汽器计算压力。凝汽器进口器压力的高低是受许多因素影响的，其中主要因素是汽轮机
排入凝汽器的蒸汽量、冷却水的进口温度、冷却水量。 排汽压力越低，机组效率越高，因此只有使进入汽轮机的蒸汽膨
胀到尽可能低的压力，才能增大机组的理想焓降，提高其热经济性。 图为一次中间再热亚临界机组热效率与排汽压力的关系。该汽轮机新 蒸汽压力 p0 16.67MPa ，新蒸汽和再热蒸汽温度 t0 t1 537℃，再 热压力 pr 3.665MPa ，机组容量 300MW，可以看出，若没有凝气设 备，汽轮机的最低排汽压力是大气压，循环热效率 ηt 只有%，而当 排汽压力为 5kPa 时， 45.55% ，两者之间的相对值 t /t 达 18.5% ，因此，降低排汽压力对提高经济性的影响是十分显著的。
冷凝器设计指南
XXXXX股份有限公司冷凝器设计指南编制：审核：批准：目录目录 (2)1.1简要说明 (3)1.1.1综述 (3)1.1.2 基本组成 (3)1.2设计构想 (6)1.2.1 设计原则 (6)1.2.2设计步骤和参数 (6)1.2.3冷凝器总成的性能及其与系统其它组成部件的匹配 (12)1.2.4冷凝器布置工作程序： (13)1.2.5冷凝器EBOM数据 (14)1.2.6环境条件 (14)1.3、冷凝器的测试规范 (15)1.3.1 测试内容 (15)1.4 一般注意事项 (15)1.5 图纸模式 (16)1.5.1 图纸主要内容和形式 (16)1.5.2 图纸其它要求 (16)编制日期：编者：版次：页次：- 3 -1.1简要说明1.1.1综述汽车空调制冷系统中的冷凝器是一种由管子与散热片组合起来的热交换器。
其作用是：将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气进行冷却，使其凝结为高压制冷剂液体。
对于轿车，冷凝器一般安装在发动机冷却系散热器之前，利用发动机冷却风扇吹来的新鲜空气和行驶中迎面吹来的空气流进行冷却。
对于一些大、中型客车和一些面包车，则把冷凝器安装在车厢两侧或车厢后侧和车厢的顶部。
当冷凝器远离发动机散热器时，在冷凝器旁都必须安装辅助冷却风扇进行强制风冷，加速冷却。
1.1.2 基本组成汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式、鳝片式和平行流式四种。
是由管子与散热片组合起来的。
⑴..管片式它是由铜质或铝质圆管套上散热片组成，如图1-1所示。
片与管组装后，经胀管处理，使散热片与散热管紧密接触，使之成为冷凝器总成。
这种冷凝器结构比较简单，加工方便，但散热效果较差。
一般用在大中型客车的制冷装置上。
图1-1 管片式冷凝器及管带式冷凝器⑵.管带式它是由多孔扁管与S形散热带焊接而成，如图1-2所示。
管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些(一般可高10%左右〉，但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高。
冷凝器计算书
= 12.47m / s
-7-
Reo
=
deuo ρ气 µ气
=
0.02×12.47 × 4.76 0.00008
= 14839.3
fo = 5 ×14839.3−0.288 = 0.175
NTC = 1.1NT 0.5 = 1.1× 2220.5 = 16.39
N B = 14
∆po
= 0.5×0.175×16.39×(14+1)×
= 861.2Pa
对 φ25× 2.5m m 的管子有 Ft = 1.5, 且N p = 2, Ns = 1
∑ ∆pi = (∆p1 + ) ∆p2 Ft N p N s = (1421 + 861.2)×1.5 × 2 ×1 = 6846.6Pa <30KPa
管程压降在允许范围之内。 （2）计算壳程压降
ns
=
π 4
V di 2u
=
13.2 / 994 0.785 × 0.022 ×1.0
=
42.3
≈
43 (根）
按单程管计算，所需的传热管长度为
L= Ap =
38.2
≈ 12m
πd ons 3.14 × 0.025 × 43
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，现
取传热管长 l=3m，则该换热器的管程数为
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热 器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了 系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：
（1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠； （3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝 汽 器 和航 天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于 化工、石油、动力和原子能等
冷凝器的工作原理
冷凝器的工作原理冷凝器是一种常见的热交换设备，广泛应用于各个行业中。
它的主要作用是将气体或者蒸汽中的热量转移给冷却介质，使其冷却并凝结成液体。
下面将详细介绍冷凝器的工作原理。
一、冷凝器的基本结构冷凝器通常由管束、冷却介质、壳体和进出口管道等组成。
其中，管束是由许多细长的管子组成，用于传递热量。
冷却介质可以是水、空气或者其他适合的介质。
壳体则是将管束和冷却介质包裹在一起，并提供了进出口管道。
二、冷凝器的工作过程冷凝器的工作过程可以分为三个阶段：蒸汽传热、冷凝和冷却介质传热。
1. 蒸汽传热阶段：当高温的气体或者蒸汽进入冷凝器时，它们会通过管束中的管子流动。
在这个过程中，蒸汽和管子的壁面之间会发生传热，使蒸汽中的热量转移到管壁上。
2. 冷凝阶段：在蒸汽传热的过程中，管壁上的热量会被冷却介质吸收。
冷却介质的温度低于蒸汽的饱和温度，因此蒸汽中的热量会被迅速转移给冷却介质。
随着热量的转移，蒸汽会逐渐冷却并凝结成液体。
3. 冷却介质传热阶段：凝结后的液体味继续流动，并通过管壁与冷却介质进行传热。
在这个过程中，冷却介质会吸收液体中的热量，并将其带走。
同时，冷却介质也会被加热，从而降低其温度。
三、冷凝器的热力学原理冷凝器的工作原理基于热力学原理，主要包括热量传递和物质相变。
1. 热量传递：在冷凝器中，热量从高温区域传递到低温区域。
这是因为热量会沿着温度梯度的方向传播，直到两个区域的温度达到平衡。
在冷凝器中，热量从蒸汽传递给管壁，再从管壁传递给冷却介质。
2. 物质相变：当蒸汽冷却到一定温度时，它会凝结成液体。
这是因为蒸汽中的水份子在低温下会会萃在一起，形成液滴。
在凝结过程中，蒸汽释放出潜热，使其温度进一步降低。
四、冷凝器的应用领域冷凝器广泛应用于各个行业中，包括化工、制药、石油、能源等。
它们在以下几个方面发挥着重要作用：1. 蒸汽动力系统：在蒸汽动力系统中，冷凝器用于将蒸汽中的热量转移给冷却介质，以便蒸汽能够重新循环使用。
热力学知识：热力学中的热力学计算和热力图表
热力学知识：热力学中的热力学计算和热力图表热力学是一门能够描述物质能量转化和传递的物理学科，它研究的是热量、功、能量和熵等基本的物理量之间的相互关系。
在实际应用中，热力学常常被用来计算各种体系的热力学性质，例如热容、热力学势函数、化学反应平衡等等。
在热力学计算中，热力图表也是非常常用的工具，它可以直观地描述各种体系的物理和化学性质，便于我们进行分析和研究。
一、热力学计算1、热力学基本量在热力学的计算中，热量、功、能量和熵是最基本的物理量，它们之间的关系可以表示为：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。
另外，在热力学中还有几个重要的热力学量，例如热容、热力学势函数、化学反应平衡等等。
这些量的计算也是非常重要的，它们可以反映出体系的热力学性质和稳定性。
2、热力学循环在热力学循环中，热量和功的转化可以循环进行，从而实现能量的连续转化和利用。
例如，蒸汽动力发电机系统中，水被加热蒸发，蒸汽驱动涡轮机运转产生功，然后通过冷凝器进行冷却回到水箱中，从而循环再次加热。
在这个过程中，热量和功的变化可以通过热力学计算进行分析和优化，以达到最高的能量转化效率。
3、化学反应化学反应是热力学计算中的一个重要应用，它可以研究各种化学反应的平衡状态和反应能量。
在化学反应中，物质的热化学态函数是计算反应热量和反应平衡的重要工具。
例如，在S→SO2的氧化反应中，热化学态函数可以表示为：ΔH=-297 kJ/mol（S）+0 kJ/mol（O2）-395 kJ/mol（SO2）其中，ΔH表示反应热量，单位为kJ/mol。
二、热力图表1、热力图热力图是一种图形化表示热力学性质的图表，它直观地展示了各种变量之间的相互关系。
在热力学中，常用的热力图有比热容图、热力学势函数图、化学反应热图等等。
这些图表可以帮助我们更好地理解和分析热力学性质，以便制定更好的计算和实验方案。
2、比热容图比热容图是一种描述物质热力学性质的图表，它可以直观地显示出不同物质在不同温度下的比热容变化。
制冷循环系统的热力计算
Pk=-0.71471+0.27243 tk(MPa)式中：32℃≤tk≤48℃.
根据冷凝器出口温度为40℃，计算得最佳冷凝压力为10MPa.
根据吸气过热度对循环的影响，利用回热提高点1的过热度使循环的性能系数增大，但是过热度不是任意可以提高的。由于传热温差的存在，点1的温度总是低于点3的温度。由此假定点1的过热度为15℃。
h—椭圆扁管高度 δf—翅片厚度
S—波形翅片高度 S1—椭圆扁管间距
L—椭圆扁管长度 H—换热器高度
N—椭圆扁管排数
Excel计算表格概况如图，
c
0.1758
b
0.04
0.025
n1
0.5057
s
0.01
0.02
n2
0.3333
h
0.025
0.025
n3
0.3133
sf
0.004
0.004
n4
1.9908
单位压缩功为66.67kJ/kg,制冷剂循环量为0.018kg/s,所以压缩功为66.67*0.018=1.2kW,取输气系数为0.7，从而压缩机排量可得：
3.3膨胀阀选型：
系统制冷量为2.8kW,即2800/3300=0.84冷吨，故选用容量为1冷吨的膨胀阀。
3.4连接管的选型：
由于换热器为扁椭圆形截面，而压缩机接口为圆形，所以选择橡胶管为连接管，耐压胶管。
u—空气平均温度下的动力粘度，N.s/m2
Cp—空气平均温度下的比定压热容，J/(kg.K)
λ—空气在平均温度下的热导率，W/(m.K)
d—当量直径，m
δf—翅带厚度，m
平行流冷凝器的设计计算
10.16638/ki.1671-7988.2017.10.008平行流冷凝器的设计计算韩光杰1，梁永林2，陶莹1，史正玉1（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601；2.河南速达电动汽车科技有限公司，河南三门峡472000）摘要：文章以某开发车型为基础，设计以R134a为制冷剂的空气冷却式冷凝器。
文中详细介绍了冷凝器的设计步骤，根据传热方程，计算出冷凝器的能力和迎风面积，从而进一步推算出冷凝器的实际面积和风阻，选择合适的冷凝器。
关键词：平行流；空气流量；传热系数；传热面积中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)10-20-03Design and Calculation of Parallel Flow CondenserHan Guangjie1, Liang Yonglin2, Tao Ying2, Shi Zhengyu2（1. The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601；2. Henan Suda electricTechnology Co. Ltd., Henan Sanmenxia 472000）Abstract: In this paper, cased on a development model, the design of R134a ail cooling condenser. The design procedure of the condenser is introduced in detail, and the heat transfer capacity and the windward area ara calculated according to the heat transfer equation.In order to calculate the condenser area and the actual drag,select the appropriate condenser. Keywords: Parallel Flow; Air flow; Heat transfer coefficient; Heat transfer areaCLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-20-03前言冷凝器的作用是使由压缩机排出的高温高压制冷剂与冷凝器外部的空气进行热交换，将高温高压气态制冷剂转变为高温高压的液态制冷剂，并把热量散发到车外环境中。
压缩制冷循环的有关计算的问题
•
（4）压缩机的轴功率：
KW
•
制冷系数：
q0 H1 H 4 1056 .59 3.86 ws H 2 H1 274
• •
（1） 单位冷冻量：
q0 H1 H 4 1562 510 1052 kJ/kg
106 950.57 （2）制冷剂循环量： G Q0 / q0 1052
（3）单位耗功量： kg/h
•
•
Ws H 2 H1 1840 1562 278
kJ/kg
•
（4）压缩机的轴功率： P mw / 3600 950 .57 278 73.41 T s
• •
•
• •
h2 404 4.186 1694 .4kJ / kg
由38℃的饱和蒸汽压的等压线与饱和液相线确定点4 查得：
h4 87 4.186 364.18kJ / kg
• •
（1） 单位冷冻量：
q0 H1 H 4 1420 364.18 1056 .59
• • • 解：由压焓图计算： 由-10℃的饱和蒸气压线确定点1，查得：
H1 1562 kJ / kg
由38℃的饱和蒸汽压的等压线与过1点的 等熵线交点确定点2，查得：
• •
•
• •
H 2 1840 kJ / kg
由38℃的饱和蒸汽压的等压线与饱和液相线确定点4 查得：
H 4 510kJ / kg
Ws H 2 H1
NT mw s / 3600
（5） 压缩机的轴功率
（6）制冷系数
q0 H1 H 4 ws H 2 H1
5－27 某制冷装置采用氨作制冷剂，蒸发室温度-10℃， 冷凝室温度为38℃,制冷量为1×106KJ/h。试求：（1）压 缩机消耗的功率；（2）制冷剂的流量；（3）制冷系数。