一、冷凝器热力、结构计算1.1冷凝器的传热循环的确定根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015t C =-︒，过热度5r t C ∆=︒，即吸入温度110t C =-︒；过冷度 5K t C ∆=︒ ,冷凝器出口温度535k k t t t C =-∆=︒，则C t k 40=.查《 冷库制冷设计手册》第441页图6-7， R22在压缩过程指示功率82.0=i ηkg kJ h /4051= kg kJ h /4452= ()K kg kJ s s ⋅==/7672.121kg m v /06535.031= kg kJ h /4183= kg kJ h /2504=kg kJ h /2435= kg m v /108673.0335-⨯=kg kJ h h w t /4040544512=-=-= (3.1)kg kJ w w iti /8.4882.040===η 图1-1系统循环p-h 图lgp /MPakg kJ w h h i s /8.4538.4840512=+=+=再查R22的圧焓图得C t s 802= kg m v s /02.032=所需制冷剂流量为s kg h h Q q s k mo /3834.02438.4538152=-=-=1.2冷却水流量vs q 和平均传热温差m T ∆的确定1.2.1冷却水流量vs q 确定冷却水进、出口温度 C t ︒='322,236t C ''=︒ ，平均温度C t m ︒=34，由《传热学》563页的水的物性表可得:3994.3/kg m ρ=4174/()p c J kg K =⋅620.746610/m s ν-=⨯262.4810/()W m K λ-=⨯⋅则所需水量:()()s m t t c Q q p k vs /10879.4323641743.9941081333'2''2-⨯=-⨯⨯⨯=-=ρ 1.2.2平均传热温差m T ∆的确定由热平衡 ：2323()()mo s p vs q h h c q t t ρ''-=⨯- ，有2332()mo s p vs q h h t t c q ρ-''=-=()C3.3510879.4174.43.9944188.4533834.0363=⨯⨯⨯-⨯-- ()()C q c h h q t vs p mo 13.3210879.4174.43.9942432503834.032t 354'24=⨯⨯⨯-⨯+=-+=-ρ各段对数平均温差 （1）段： ()()()()C t t t t t t t t t k k m 05.5323513.3240ln323513.3240ln'254'2541=-----=-----=∆ （2）段：C t t t t t t t k k m 15.63.354013.3240ln13.323.35ln 34432=---=---=∆ （3）段：()()()()C t t t t t t t tt k s k s m 57.173.35403680ln 3.35403680ln3''223''223=-----=-----=∆ 整个过程的平均温差（积分平均温差）Ct h h t h h t h h h h t m s m m s m 83.657.174188.45315.625041805.52432502438.45333224315452=-+-+--=∆-+∆-+∆--=∆1.3 换热管的选型根据《小型制冷装置设计指导》第71页表3-4，选用3号滚轧低翅片管为传热图1-2冷凝器流体温度变化简图管, ∅16mm ×1.5mm ，因其增强系数相比较大，有利换热。
有关结构参数为:10.4i d mm = 15.1t d mm = 0.4t mm δ= 12.4b d mm = 1.2f s mm = 单位管长的各换热面积计算如下:2222222222/0.01510.0004/0.0012/0.0158/()/(2)(0.01510.0124)/(20.0012)/0.0972/()/0.0124(0.00120.0004)/0.0012/0.026/0d t t f f t b f b b f t f i i a d s m m m ma d d s m m m m a d s s m m m m a d πδππππδπππ==⨯⨯==-=⨯-⨯==-=⨯⨯-===⨯翅顶面积翅侧面积翅间管面面积2222.0104/0.0327/(0.01580.09720.026)/0.139/of d fb m m m ma a a a m m m m ==++=++=单位管长管外总面积1.4 估算传热管总长假定按管外面积计算的热流密度2/5000m W q v =. 则应布置传热面积2002.16500086000m q Q F k ===应布置的有效总管长m a F L of 117139.02.160===1.5确定每流程管数Z 、有效单管长l 及流程数N冷却水进出口温度C t ︒='322,2t ''＝36℃, 平均温度C t m ︒=34，由水的物性表可得:3994.3/kg m ρ=4174/()p c J kg k =⋅620.746610/m s ν-=⨯262.4810/()W m k λ-=⨯⋅所需冷却水体积流量：()()s m t t c Q q p k vs /10879.4323641743.9941081333'2''2-⨯=-⨯⨯⨯=-=ρ 则冷却水质量流量： s kg q q vs ms /851.410879.43.9943=⨯⨯==-ρ 根据《热交换器原理及设计》第294页及《小型制冷装置设计指导》第68页表3-2有关年运行小时的规定：初选冷却水流速度s m u /0.2=,则每个流程管数：7.280104.00.214.310879.444232=⨯⨯⨯⨯==-i vs ud q Z π 取整数Z=29 根，即实际水流：s m Z d q u i vs /98.1290104.014.310879.444232=⨯⨯⨯⨯==-π。
管程数N 与管子的有效长度l 的乘积为N ·l ，即：m Z d F l N 43.1329012.014.32.1600=⨯⨯==⋅π 采用管子成正三角形排列的布置方案，由《热交换器原理与设计》表2.3可取管中心距S=22mm 。
对于不同的流程数N ，就有不同的管长l 和壳体内径Di对流程数N, 总根数NZ, 有效单管长l ,壳体内径i D 及长径比/i l D 进行组合计算,组合计算结果如表1-1所示:表1-1 流程数N总根数NZ有效单管长l =/L NZ (m)壳内径i D （m ）长径比/i l D2 58 2.02 0.180 11.22 41161.010.2484.06其中壳体内径的选择根据《冷库制冷设计手册》第606页对壳体的规格进行选择。
分析上面的组合计算结果,由《热交换器原理及设计》第54页规定，对壳体的长径比一般在4-25之间,故选择4流程作为冷凝器结构设计依据。
1.6 传热管的布置排列及主体结构现采用管子成正三角形的布置方案，根据《热交换器原理及设计》第45页表2.3换热管中心距的规定，当换热管外径为∅16mm 时，选管距22s mm =、分程板两侧相邻管中心距35E l =mm 。
为使传热管排列有序及左右对称,共布置124根管,采用平行隔板分开四流程。
1.7传热水平管的布置排列及平均管排数m n根据上面管子安排和流程数N 的情况可知：N=4，总管子数N ·Z=116，则传热管布置在四流程内，用平行隔板分开，每流程的管子数依次为:25,33,33,25。
如图1-3所示：图1-3 管子的布置排列1.8传热计算及所需传热面积确定1.8.1水侧表面传热系数计算从水物性表及《小型制冷装置设计指导》第78页表3-12知: 水在034C m t =时,运动粘度620.746610/m s ν-=⨯物性集合系数1395.623.262186.44m B t =+= 雷诺数461027581107466.00104.098.1Re >=⨯⨯==-v ud i , 即水在管内的流动状态为湍流, 则由《小型制冷装置设计指导》第78页式(3-5):水侧表面传热系数：)/(6.94110104.098.144.218622.08.02.08.0K m W d u B a i wi ⋅=⨯== 1.8.2氟利昂冷凝表面传热系数计算由上面图（1）的传热管的布置方式，布置在4个四分之一的扇形内，每个扇形分4行，每行的管子数依次为:5,5,5,6。
由《小型制冷装置设计指导》第77页式(3-4)计算管排修正系数:765.01166144526833.0833.0833.021833.0833.02833.01=⨯+⨯⨯=⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=z z n n n n n n n ε根据所选管型,低翅片管传热增强系数由《小型制冷装置设计指导》第77页式(3-2)计算，其中环翅当量高度：2222()/4(15.112.4)/(415.1) 3.86t b t h d d d mm mm ππ'=-=-⨯=增强系数：0.250.25/ 1.1()(/)/0.026/0.139 1.1(0.01580.0972)(12.4/3.86)/0.139 1.384b of d f b ofa a a a d h a ιϕ=++=++=由《小型制冷装置设计指导》第76页表3-11, R22在冷凝温度40,1447.1k t C B =︒=由《小型制冷装置设计指导》第76页式(3-1)计算： 氟利昂侧冷凝表面传热系数：25.0025.025.025.025.07.3328)(765.0384.10124.01.1447725.0)(725.0-----=-⨯⨯⨯⨯⨯=-=θϕεwo k wo k n b ko t t t t Bd a其中o k wo t t θ=-(wo t 是管处壁面温度)1.8.3传热系数oK传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为o k wo t t θ=-；第二部分是热量经过管外污垢层、管壁、管内污垢层以及冷却水的传热过程，其传热温差0083.6θθ-=-∆=-=∆m m wo i t t t t (其中wo t 是管外污垢外壁面的温度)。