逆布雷顿制冷循环分析和板翅式换热器的设计.docx

《逆布雷顿制冷循环分析和板翅式换热器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《逆布雷顿制冷循环分析和板翅式换热器的设计.docx（18页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、2.逆布雷顿循环制冷系统循环分析与理论设计图2-2图2-1是逆布雷顿空气制冷循环热力过程原理图。理论循环由1-2”-3-4-5-6-1表示，但是由于各种因素的影响，空气制冷系统的实际循环和理论循环的差别很大。为了便于分析我们采用一些简化的处理方法，首先假设空气是理想气体，理想气体假设在这篇论文所讨论的温度和压力范围内所造成的误差很小，可以忽略不计；假设吸热和放热过程为等压过程，压缩很膨胀过程中的损失可以折算到进出口压力上去；在回热过程中考虑传热温差，此时的回冷热交换器的效率小于1,而且在处理回热过程时假设它没有流动阻力损失，并把漏热损失折算为用冷装置的热负荷；空气在压缩机中的压缩过程要考虑到绝

2、热压缩效率ncs，在膨胀机中的膨胀过程要考虑到相对内效率Hto在极限回热过程中，空气的温度经过冷凝器和回热器后可以到达4,但是由于回热效率的存在空气只能经回热器被冷却到4,空气经过理想绝热膨胀过程后可以到达状态点5，但是实际过程并不能完全达到可逆，因此膨胀后只能到达状态点5,点5的计算需要考虑到膨胀机的等埔效率。空气从膨胀机中出来后进入用冷装置，被用冷装置加热到状态点6,6点所对应的温度就是制冷温度，然后空气进入回热器中被加热至状态点1后进入压缩机，压缩过程不是完全的可逆过程，所以空气被压缩至状态点2而不是2,然后空气进入冷凝器被定压冷却至状态点3,再进入回热器被定压冷却至4,从而完成了一个完

3、整的循环过程。在工程实际中，空气压缩机可以采用活塞式以及螺杆式等，效率一般在0.60.8之间，通常为0.7左右；膨胀机采用径流式气体轴承膨胀机，在规定工况内的运行效率大约在0.50.7之间，通常为0.6左右；回热器采用高效紧凑的板翅式换热器，效率可以达到0.750.95,通常在0.8左右；环境温度为298K,制冷温度为220K,压力比根据实际和要求情况选取。我在这里取压缩机入口处的空气压强B=0.1MPa,压比n=3.0,则压缩机出口处的压强是P2=0.3Mpa,Cp是空气的定压比热容，在一般的使用压力和温度范围内看作常数先来确定各点的温度T4=T0+T=T0+(T-T0)*(1-r)=231

4、.7K,r=0.85为回冷热交换器的效率T5-=T4*(P5P4)(1.41-1)/1.41)=168.3K由=(T4-T5)/(T4-T5*)的得出T5=193.7K,其中为等燧膨胀效率Tr=298.0KT2=T1*(p2p)(1.41-1)1.41)=410.2K由(T2,-1Y)/(T2-Tr)=ncs得T2=458.3K,其中ncs为压缩机效率综上可知各点温度：Tl=298.0K,T2=458.3KT3=298K,T4=231.7K,Ts=193.7KJ6=220K由HiSt软件可以计算各点的焰值图2-4制冷机的单位质量工质耗功量为W=We-W6式子中We是压缩机气体耗功，We是膨胀机

5、膨胀气体做功。wc=h4-h5=37.49KJkgwe=h2-h1=162.22KJkg,其中ncs是压缩机绝热压缩效率空气单位质量制冷量q0=h6-h5=26.47KJkg则制冷系数COP=qw=0.21要求计算的是500W制冷量,据此可计算空气质量流量为qm=Qqo=OO189kgs计算结果汇总回热器性能系数085,回热器冷热端传热温差为11.7K,质量流速为0.0189kgs状态点温度（K）燃值（KJkg）压力（MPa）1（压缩机入口）298.0298.300.12（压缩机出口）458.3460.520.33（回热器热端入口）298.0297.840.34（膨胀机入口）231.7230.

6、850.35（膨胀机出口）193.7193.360.16（回热器冷端入口）220.0219.830.11（回热器热端出口）186.3185.900.13.逆布雷顿循环制冷系统板翅式换热器设计3.1 板翅式换热器的主要优缺点3.1.1 传热效率高：铝制板翅式换热器在强制对流空气的传热系数是30300（千卡/米2小时C）,而一般管式换热器只达（千卡/米2小时C）；3.1.2 结构紧凑：板翅式换热器单位体积的传热面积可达Io（K）2500（米2/米3）,而一般管式换热器只有50150（米2/米3）；3.1.3 轻巧而牢固：由于结构紧凑，体积小，一般均采用铝镒合金制造，故重量轻，波形翅片既是主要传热表

7、面又是两板支撑，故强度高，能耐一定的压力。3.1.4适应性大：可用作气.气，气-液，液-液热交换。也可用于冷凝和蒸发，流向上可用于逆流、顺流、横流、横逆流等，而且可以在同一设备中实现26种流体的热交换；3.1.5 缺点：由于流道小，容易堵塞，一旦堵塞后，清洗较困难，因而使用介质一般以清洁为宜，最后在入口前进行过滤；检修探伤也比较困难。3.2 板翅式换热器的基本结构在两块平金属板之间夹持一组波形翅片，两边以封条密封而组成一个单元体。对各单元体进行叠加排列，然后再用钎焊焊接，可以得到不同流向的组装件,称为板束。在板束的顶部和底部各留有一层主要起绝缘作用的假翅片层（也称工艺层）。再将半圆封头用氨弧焊

8、焊在板束上，就制成了一个板翅式换热器。（见图3-1）图3-13.3 目前已经生产的翅片规格和参数翅片的型式有断续形（或者称片条形、百叶窗形）、光片形、光片打孔形;翅片的高度有9.5、6.5、4.7毫米。共三种形式九种规格。但是设计中一般选用三种，既是：对气相传热，选用高度为9.5毫米的断续形翅片；对液相传热，选用高度为4.7毫米的光翅片；相变的选用高度为6.5毫米的光片打孔形翅片。现在把三种规格的参数列在表3-1通道的截面如图3-2所示图3-2表3-13.4 设计计算公式传热方程式Q=KF其中：Q-换热量（KJh）K一传热系数（kJ/n?h）F一传热面积（m?）Atm一对数温差（）3.4.1

9、传热系数的计算略去平板的热阻，翅片间热冷流体的传热系数分别是:其中K,K2一分别是热冷流体侧面的传热系数（kJnhC）.，一一是热冷流体侧面给热系数(kJ?hC)7，小一是热冷流体侧面翅片的全效率F1,F2一是热冷流体侧面的传热面积(m2)3.4.2 给热系数的计算=GCpGf(kJm2h0C)其中G一单位面积质量流速(kgm2s)Cp流体的定压比热(KJkgC)St-斯特顿准数St=jPr2y3J一传热因子，是雷诺准数Re的函数。有关j和Re的关系的计算公式较多，可以采用实验的j-Re曲线,如图3-3所示图3-3传热因子j和摩擦系数f与Re数之间的关系Pr-普朗特准数pr-从9。，360一流

10、体黏度(kgss2)g一重力加速度(ms2)一流体的导热系数(kJm2s0C)Re-雷诺准数Re=GD/gDe当量直径(m)3.4.2翅片全效率的计算翅片是板翅式换热器最基本的元件，冷热流体的热交换，一部分是直接接触的平隔板来完成，但是大部分是通过翅片来完成。由于翅片传热不想平隔板那样直接传热，故翅片被称为二次表面。在翅片高度方面有温度梯度，既存在着翅片效率，可以设翅片与平隔板接触处的温度是TW(eC),翅片平均温度是Tm(),流体温度是TbCO,可以得到翅片效率Ti-Tm_tan(wU)不二kml一式中：吸一翅片效率tan一为双曲正切函数tanc=,一+e式中：给热系数（千卡/米*小时七）L

11、翅片材料的导热系数（千卡/米,小时6a翅片厚度（米）为计算方便，将函数值列成卜.表:XtanAxXtanftjfXtanxtanhx0.00Q.00000210.20700.420.39690.62C.55110,830.6806.01O.CIOO0.220.21650.430.40530.630.55810.840.6858020C20Q0.2302200440.41360.640.56490.860.6911003003000.240.23550.45042190.65057170.860.69830.040.04000.2502449Q456042680.660.57840.870.70

12、1400590500C.2C0.2!130460.43010.670.58500.880.70640060.05990.270.26360470.43820.680.5915080.71140070.06990.280.27290.480.44620.690.5980090071630.030.07980.290.28210.490.4S420.700.60440.910.72110.09008960.30O.29k30S004t2lI0.710.61070.920.72590.10OO970.310.30040.51XJ.47000.720.61690.930.73060110.10960.

13、320.30950.52047770.730.6231Q.940.73520420.11940.330.31850.530.48540.740.62910950.7398.139.12930.340.3275054Q.49300.750.63620.960.74430.140.13910.85033640.550.50060760.64110.970.74870.15944890.360.34520.5605080077064690.980.75310.16Q.15S7037035400.570.51540.7806527I0.90.7574170.16a40.380.36270.580522

14、7079065841.000.7616“18517810390.37140590529908006640.190.18780.400.38000.600.53700810.6696-200.19740.410.38850.610.54410.820675l表3-2L值的计算如下：热流体在两冷流体之间，则l=h2,热流体一边是冷流体，另一边是热流体，则l=h,h是翅片高度序片全效率1(1-叫今为二次传热面积和总传热面枳之比值344对数温差Atm计算ZiHAt=.ajm-rt1,t2进口端和出口端热冷流体最大温差和最小温差3.4.5压力降的计算板翅式换热器总压力降AP=AP入+Apa1其中：Ap入

15、一换热器入口处压力降（公斤/米，）APMe由于加速流体与板束内阻力所产生的压力降（公斤/米）pm换热器出口处压力降（公斤/米*）M=劈（Kc+12）+2（1）,a-*”式中：G一流体的质量流速（公斤/米”秒）V1,1分别为流体在初始状态和终了状态的比容（米,/公斤）%流体的平均比容&尹（米/公斤）b相对自由裁而，即有效自由流图343.5|口1热器的设计计算已知条件：在1口1热器中的冷热端的温差都是IL7K,热流体的温度由T2=298.0K变为T4=23I.7K,冷流体的温度由220.0K变为286.3K,注意当冷流体在|口|热器中被加热时，所能达到的温度低于常温298K,有一定的传热温差11.

16、7K,因此冷流体只能被加热到298-11.7=286.3K.但是假如压缩机的气体是从开放空间中获得，因此温度是298K。空气的流量是G1=G2=O,Ol89kgs=68kgh热交换器的流程采用逆流式求：热交换器冷热边传热面积F0,芯体层数N,芯体有效长度L有效宽度W及其流动阻力Apo3.5.1 冷热通道间隔布置，冷热边换热型面均选用锯齿形翅片，翅片参数如下：翅片高度：H=9.5毫米翅片厚度：5=0.2亳米翅片间距：P=1.7亳米翅片内高：y=翅5=9.3亳米翅片内宽X=P-6=1.5亳米3.5.2 计算翅片的几何参数(1)通道当量直径de=2x*y/(x+y)=2.583*10小米(2)单层通

17、道截面积f=xyW/106P=8.206*106W平方米，其中W的单位是亳米(3)在W=I米，L=I米时，每排通道的换热面积F=2(x+y)WP=12.7平方米(4)二次传热面与总传热面面积比是FF0=y(x+y)=0.8613.5.3 计算物性参数(1)求定性温度：热流体通道中式L=(298-273+231.7-273)2=-8.2C冷流体通道中t2=(220-273+286.3-273)/2=-19.9C(2)根据定性温度可以查得：Temperature(?C)Pressure(MPa)CP(kJ/kg-K)Therm.Cond.(Wm-K)Viscosity(?Pa-s)1-8.2000

18、0.300001.01020.0234570.0000168782-19.9000.100001.00580.0224760.000016244I=0.023457WmK2=0.022476WmKCpl=1010.2JkgCp2=1005.8Jkgu1=16.818106Nsm2u2=16.244106Nsm23.5.4 5.4试选重量流速为Gf=IO千克/平方米秒3.5.5 计算换热系数Q(1)求ReRei=Gpde/Ug=1538Re2=Gpdc/2g=1588(2)求对流换热系数a.根据Re,查图3-3得：j1=0.0143j2=0.0140b.根据Pr=CPgR/人得Pr1=O.723

19、9Pr2=O,7280c.求St,根据St=jP23得：St1=O.01774St2=O.01730d.求,根据=3600StCPGF得到：a1=180WmKa2=174WmK3.5.6计算效率n0(1)求翅片参数叫根据In=(2a)取翅片材料导热系数(铝)入=165大卡/米时m=97m2=(2*150/(165*0.2*0.001)=95(2)求ilz,根据nrth(ml)/ml取1=H2=4.75毫米得m1l=0.461m2l=0.451根据ml查正切双曲线函数表3-2,得th(m1l)=0.4301th(m2l)=0.4219金0.4301/0.461=0.933z2=0.4219/0.

20、451=0.935(3)求表面效率n”根据TU=I-Fx/Fo(l-z)Qoi=I-O.861*(1-0.933)=0.942q02=1-0.861*(1-0.935)=0.9443. 5.7计算传热系数K取两侧通道的传热面积相等R产九二及，则两侧传热系数也相等，根据下式求出K=l(1/a1n01+la2nJ=83.4Wm2K3. 5.8求平均温差tm=(t1t2)/2=11.74. 5.9计算传热面积3F0=QKtm=GCpl(t2-t4)Ktm=L298平方米5. 6.10计算芯体层数NN=GGpf1=68(10*8.206*104W*3600)这里可以知道芯体的层数和有效宽度有关系而芯体

21、的有效长度L=F(F*N*W)(这里W的单位是米)可知芯体的有效长度L也和有效宽度W有关系换热器的总高度H总=2N*H(若考虑隔板的厚度)(1)取N=2,W=I15mm,H总=43mm,L=444mm(2)取N=3,W=77mm,H总=57mm,L=442mm(3)取N=4,W=58mm,H总二76mm,L=444mm一般来说宽是高的两倍，长是宽的5倍，这里可以取第一组：N-2,W=115mH总二40mm,L-445mm计算结果汇总如下流体计算项目低压冷空气高压热空气总通道数N22质量流速（Kgm7s）1010冷端温度（K）220.0231.7热端温度(K)286.3298平均温度()-8.2

22、-19.9压力(kpa)IOO300动力粘度U(Nsm2)16.24410fi16.878XlO6比热容(JAg)1006IOlO导热系数人(W/(mK)O.022476O.23457当量直径di(m)Xy2.581032.58X103雷诺数Re=gd15881528普朗特数Pr=CPO.7280O.7239传热因子j(查图)O.140O.143St=jPr2z30.017300.01774换热系数Q=StCpGF(W/(芯刈)174180翅片导热系数人(W/(mK)192192翅片参数m=(2)1/295971=H2(mm)4.754.75mlO.451O.461Th(ml)O.4219O.

23、4301翅片全效率n,=th(ml)/mlO.935O.933翅片总效率=lFxF0(1z)O.944O.9423. 6.11.计算流动阻力Ap(1)求摩擦因子/根据Re查曲线图3-3得Re1=1538,1=0.065Re2=1588,2=0.062(2)求气体的重度Y在这次设计中的温度和压力条件下，气体偏离理想气体不远，可以近似用理想气体状态方程求Y,估算时采用P1=O.3Mpa和P2=O.IMpa和冷热流体的定性温度以及Y=PRT来计算Y产30000/(29.27*264.8)=3.87千克/立方米Y2=IOOOO/(29.27*253.1)=L35千克/立方米(3)求流动阻力AP,根据公

24、式AP=(4i*L*Gf2)/(dc*2gY),必须指出，此处采用的计算所得的流动阻力中没有计及流体的局部阻力损失，因为在空气制冷循环中所用的热交换器多采用单流程，没有转弯损失，而进出口损失通常不大，计算时可以略去不计，没有计及的因素反映在允许阻力值所留有的裕量中，考虑富裕量取备用系数4=L35L1=L35*0.445=0.60米Lz=L35*0.115=0.16米P尸4*0.065*0.6/2.583*1000*100/(2*9.81*3.87)=132.6千克/平方米=780帕P2=4*0.062*0.16/2.583*1000*100/(2*9.81*1.35)=57.99千克/立方米;

25、568帕气体计算项目低压冷空气高压热空气摩擦因子/0.0620.065板束有效长度L(m)0.4450.445当量直径do(m)0.002580.00258质量流速GF(kgm2s)1010比容(kgm3)1.353.87板束阻力Ap=4fL95Yd2(Pa)5687803.6空气冷却器的设计计算在这里不考虑在换热器中的压力降，在空气侧空气温度由T2=458.3K下降至T3=298K,而冷却水被从T7=295K加热至T8=310K3.6.1 热量计算空气侧的放热量Q=qh2-h3)=3.07KW,其中qn是空气的质量流量冷却水的消耗量q1xQCp(T8-T7)其中CP常温下水的比热容，而冷却水

26、的入口温度取为t7=12C,出口温度取决于换热器的设计3.6.2 化工计算(1)空气侧：空气侧的翅片参数如下：锯齿形翅片翅片高度H=9.5mm翅片厚度=0.2mm翅片间距P=1.7mm翅片内高y=H-3=9.3mm翅片内宽x=P-6=1.5mm(a)通道当量直径dc=2x*y/(x+y)=2.583*10凸米(b)单层通道截面积f=xyW106P=8.206*IO6W平方米，其中W的单位是毫米(O在W=I米，L=I米时，每排通道的换热面积F=2(x+y)WZP=12.7平方米(d)二次传热面与总传热面面积比是FF0=y(x+y)=0.861定性温度3=(t2+t3)2=105oC黏度Rl=0.

27、000022190Pas导热系数入=O.O31537WmK比热CP=IoI3.8Jkg普兰特准数Pr=3600*u1*g*Cp1=0.822质量流速：G=11.5千克/(平方米秒)雷诺准数:Re=GD(Ug)=1337传热因子：j杳图3-3或者由关联式Inj=一2.64136XIoT(InRe)3+0555843dnRe尸-4.09424lnRc+6.21681Inf=O.132856(InRe)2-2.28042(InRe)+6.79634得锯齿形的翅片j=0.013,/=0.065P产=0.878斯坦顿系数：St=jPr273=0.0148给热系数：=StCpG=322Wm2Km=(2()

28、z2=130,其中翅片导热系数(铝)=192WmKml=mh=1.235查表3-2得th(ml)=0.8452可得翅片效率：n产th(ml)ml=0.684翅片全效率：n=l-(F2ZF)*(l-nt)=0.728(2)冷却水侧计算；现在已经知道了换热量，而水侧和空气侧的换热面积都不知道。这里设置的换热器最好是两个热流体通道将冷流体的通道包裹在中间。假设热流体通道取为2,那么冷流体的通道取为L热流体的通道既空气的通道，W=l,L=I是，有效换热面积是12.7平方米。现在确定冷流体既水侧的换热面枳，水侧的翅片高度一般取为h=4.7,型面选择光片形,当W=I米，L=I米时为6.1平方米。而热流体通

29、道数是冷流体通道数的两倍，因此可以知道，当水侧和空气侧的有效长度和有效宽度相等时，空气从的换热面积是水侧的换热面积的(2*12.7)/6.1=4.16倍。可以设冷却水侧的温度上升了12度到达22度定性温度：tm=(12+22)2=17C黏度:u=0.0010798PaS比热容：C水=4186.5Jkg导热系数=0.59305WmK普兰特准数：Pr=*g*Cp=7.63重量流速：换热量Q=3.07KW而Q=qm水(T出-Tifi)C水重量流速G=q)fW其中f是单层通道截面积可以得到G=I9.6W其中W是有效宽度取G=200千克/平方米秒雷诺准数：Re=GDj(g)=453传热因子j杳图的j=0

30、010,f=0.042斯坦顿系数：St=jP产=0.00258给热系数：a=3600StCpG=1857.6(千卡/平方米小时)m=2a(),z2=274其中翅片导热系数(铝)入=192WmKml=mh2=0.6439翅片效率：L=th(ml)m=0.877翅片全效率n=l-(F2F)*(l-t)=0.91(3)传热系数计算空气侧的传热系数计算:&=-j-h+Z7hatr)可以得到K=162.4Wm2K由KIFl=K2F2可以得到K2=675.6Wm2K(4)温差计算t1=l85.3-22=163.3Ct2=25-12=13Ctm=59.4C传热面积计算：空气侧F=Q(KIAtm)=0.318

31、2平方米水侧Fz=Q/(K2tm)=0.0765平方米计算长度：其中水侧通道数为1,空气侧通道数为2,空气侧的通道中间夹着水通道。由质量流量可以得到有效宽度都是100mm,再计算长度L=F2/FW=O.1254米，取为125毫米，其中F是有效长度和宽度都是Im时的单通道传热面积。综上可得空气冷却器的结构式ABA型，中间是水通道，两边是空气通道水通道的参数如下：翅片高度：H=4.7亳米翅片厚度：6=0.3毫米翅片间距：b=2.2亳米翅片内高：y=H-5=4.4毫米翅片内宽X=P-S=毫米有效宽度：W=IoO亳米有效长度:L=125亳米通道数N=I翅片高度:翅片厚度: 翅片间距: 翅片内高:空气通

32、道的参数如下：H=9.5毫米=0.2亳米b=1.7亳米y=H-=9.3毫米翅片内宽X=P-6=1.5亳米有效宽度：W=IOO亳米有效长度:L=125毫米通道数：N=2计算结果汇总如下：流体计算项目冷却水通道被冷却热空气通道总通道数N12质量流速(Kgm7s)20011.5冷端温度()1225热端温度()22185.3平均温度()17105.2压力(kpa)100300动力粘度口(Nsm2)0.00107980.000022190比热容(JAg)4186.51013.8导热系数人(W/(mK)0.593050.031537当量直径&二2交(m)X+y2.43X1032.58X103雷诺数R-Gd

33、c/u4531337普朗特数Pr=CP7.630.822传热因子j(查图)0.0100.013St=jPr2z30.002580.0148换热系数Q=StCPGF(W/(n?k)2160345翅片导热系数入(W/(mK)192192翅片参数In=(2入)1/22741341=H2或者H(mm),视具体情况而定2.359.50ml0.64391.273Th(ml)0.56490.8544翅片全效率M=th(ml)/ml0.8770.671翅片总效率n=l-KFo(I-Iiz)0.9100.7173.6.3压力降的计算总压力降AP=曾(砥+”6+2管T)4%J空气侧：G=I1.5千克/平方米秒在入

34、口处温度下比体积，v1=0.439在出口温度下比体积：v2=0.285平均比体积Vm=O.362O=(x*y*n)(b*h*n)=0.576/=0.065F=0.3182平方米Ag=1.642*10-3由Re和。查图得Kc=0.06Ke=0.47代入式可得空气侧压降为P=300帕4.逆布雷顿制冷系统透平膨胀机的设计4.1 透平膨胀机的热力计算4.1.1 给定的参数及其要求已知：工质是空气气体常数R=287.2Nm/(kgK)绝热指数=1.41进口压力po=O.3Mpa进口温度To=231.7K出口压力p2=0.1MPa质量流量qm=0.0189kgs4.1.2 估取及选用值(1)估取工作轮的形

35、式：半开式向心径轴反动式喷嘴中的速度系数：=0.96工作轮中的气流速度系数：=0.84工作轮叶高轮径比：hD=0.04工作轮相对轴向间隙：lm=0.017喷嘴与工作轮间的半径间隙：Imm工作轮叶片进口过盖量:0.7mm工作轮轴向间隙：0.3mm工作轮轮背修正系数K：4工作轮出口减窄系数20.775工作轮进口减窄系数Tl0.965喷嘴出口减窄系数：n=0.98(2)选取轮径比口：0.44反动度：P=0.49特性比：U=0.66(3)选定喷嘴出口叶片角Q=12度工作轮进口叶片角Br=90度工作轮出口叶片角2=36.5度(4)估取扩压比P2p3=L038可得P3=0.09634Mpa4.1.3 喷嘴

36、中的流动(1)进口比焰：ho=23O85OJkg膨胀机出口处的理想温度是:T4(1/3)(0,411.41)=168.34K可以得到膨胀机出口处的理想比熔是h2s=170640Jkg有前面已经知道扩压比是1.038得到工作轮出口压强是0.1/1.038=0.096339MPa可以得到工作轮出口理想比熔是：h2s=168830Jkg膨胀机总的理想比焙降hs=ho-h2s=6O21OJkg通流部分理想比烯降hs=h0-h2s=62020Jkg(2)等熔理想速度CS=(2hs-),z2=352.19ms(3)由P4,T4从Z-P图上查得Zo=O.990(4)喷嘴中的等墙比焰降hs=(1-P)hs=3

37、1630.2Jkg(5)喷嘴出口的实际速度5=(2hls),z2=241.46ms(6)喷嘴出口理想比烙hls=h0-hls=199219.8Jkg(7)喷嘴出口实际比口h=h0-s=201699.6Jkg(8)由Po,To以及hs可以从焰土图上查得Pl=O.17954Mpa(9)由Pl%从燧病图上查得T=202.37K(IO)有PlTl可以从Z-P图上查得Z=0.995(H)喷嘴出口的气体密度是P=p/(Z1RT)=3.105kgm3(12)多变指数n=(K-N(J)=i366(13)喷嘴出口喉部截面速度c=J2ZoRTo-=264.75msVc-ln+(14)喷嘴出口状态下的声速c-二(n

38、Z1RT1),z2=281.06is(15)喷嘴出口绝对马赫数Mac=c1c=0.859(16)喷嘴中的能量损失qN=(1-2)hls=2479.8Jkg(17)喷嘴中的相对能量损失N=qN/hs=0.039984(18)喉部的气体密度P*=(2/(n+l)3DQp0=2.877kgm34.1.4 工作轮中的流动(1)轮周速度u1=c3=232.45ms(2)出口圆周速度U2m=u=115.76ms(3)工作轮进口气流角tg=sin1/(coso1-uc1)=-193.621=90.30度(4)进工作轮相对速度W1=Cisina1sin=66.56ms(5)进工作轮相对速度的圆周风速WlU=C

39、lCOSa1-u=-0.344ms(6)进工作轮相对速度的径向分速WIr=WISinBl=66.56ms(7)进工作轮处相对速度的马赫数MaWl=WI/“=0.237,一般希望MaWL小于0.5,以免过大的进口损失(8)工作轮进口冲击损失qwiu=(wlu)22=0.059Jkg(9)工作轮进口比焰h=%+qwiu=201699.659Jkg,由于冲击损失很小，工作轮进口状态可以认为与喷嘴出口状态相同。(10)由p,h1,P3从熔嫡图上可以查得工作轮出口等嫡比熔h2s=168710Jkg(11)工作轮等燧比焰降h2s=h1-h2s=32989.6Jkg(12)不考虑内部损失时，工作轮出口理想相

40、对速度W2s=(2h2s+w1r2+U2m2-u2)z2=172.56ms(13)实际相对速度W2=WW2s=144.95ms(14)工作轮中的能量损失q1l2(w2s2-w22)=4383.22Jkg(15)工作轮出口实际比焰h2=h2s+qr=173093.2Jkg(16)工作轮出口实际温度T2=17357K(17)由P3,T2从zp图上可以查得Z2=0.996(18)工作轮出口实际气体密度P2=P3Z2RT2=1.940kgm3(19)工作轮出口气流的绝对速度方向tg2=sinB2/(cos2-u2w2)=112.41Q2=89.49度(20)工作轮出口气流绝对速度C2=w2sin2c0

41、sa2=86.22ms(21)余速损失q=c222=3717.8Jkg=3717.8/62020=0.059954.1.5 喷嘴与工作轮基本尺寸的确定(1)工作轮直径D=-犯=0.02747m乃(6)WlSin夕WmCjm圆整后取D=25mm,这时11/D=f)nsinp=483(2)喷嘴出口直径DN=Dl+2尸25.3mm,这里按固定叶片设计，因此取喷嘴与工作轮之间的径向间隙较小(3)喷嘴数ZN在固定叶片中按图来选取Zn=24(4)喷嘴喉部宽度bN=TNtNSinC(I=(JlDNzZN)TNSin1=0.84mm(5)喷嘴叶片高度h=qm(P*c%nZn)=1.25mmCl小于小用Cl处参

42、数代入(6)工作轮进口叶片宽度L=In+Al=L55mm(7)工作轮处口平均直径D2m=uD=12.45mm(8)工作轮出口截面积A2=q1(w2sin2P22)=0.0001458平方米(9)工作轮出口内径D2*=(D2m2-2A2)lz2=7.89mm(10)轮毂比kr=D2D1=0.3156(11)工作轮出口外径D2=(D2m2+2A2),z2=15.74mm(12)出口叶片高度I2=(D2-D2)2=3.93mm(13)进出口叶片平均高度Im=(l+l2)2=2.74mm(14)取=0.047mm0轴向间隙为8%=0.017(15)工作轮子午面扩散角O=arctg型=20.77度Di-D2m