(完整word版)空调设计.doc

1、设计数据与要求目前我司正在大量生产各种型号的分体空调机和窗机，在设计过程中更注重对机型的优化改进，以降低成本。根据经验分析可知，型号为KF （R）-36GW 的冷凝器换热面积有可能过剩，在这个前提下，对该机型进行了整机的设计计算，而设计的重点也放在了蒸发器的计算和冷凝器换热面积的校正计算上，毛细管的选择定型、系统制冷剂充注量的估算、电器控制、管路及辅助设备的设计只作简单说明。1、蒸发器为表面式空气冷却器，进口空气的干球温度ta1 =27 ，湿球温度ts1=19 ，管内 R22 的蒸发温度t0 =5 ，要求出口空气的干球温度ta2=15.1 ，湿球温度 ts2 =13.2 ，蒸发器制冷量 Q0

2、=3600W ，蒸发器选用7036mm 的内螺纹紫铜管， 翅片选用f = 0.12mm 的铝套片，翅片间距 Sf =1.6mm 。 管束按等 腰三 角形 叉排 排列 ，垂 直于 流动 方向 的管 间距S1=17.6mm ，沿流动方向管排数 nL =2,，迎风面风速 Wf =1.18m/s 。2、冷凝器同样为表面式空气冷却器，冷凝温度为tk =50 ，进口空气的干球温度 Ta1 =35 ，出口空气的干球温度Ta2=44.8 ，冷凝器选用管径为9.52 05mm 的紫铜管，选用的翅片厚度为 f = 0.14mm 的百叶窗铝制套片，套片的节距 S f =1.7mm ，迎风面上管中心距 S1=25mm

3、 ，迎风面的风速Wf=1.86m/s 管束排列采用正三角形叉排。第一章、压缩机的选型计算1为使压缩机充分发挥制冷能力以及能高效率、长时间运行，及使制冷装置与压缩机相适应、保持平衡，本机型的设计决定选用广州三菱压缩机有限公司的型号RH247VXAC 的旋转式压缩机。 RH247VXAC 的主要参数如下：压缩机的泵体规格种类旋转式汽缸数1排气量cc/rev24 7电动机的规格种类电容分相式额定输出W1200磁极对数P2额定转速rpm2840/2860（ 220/240V ）绝缘等级E绕组电阻（ 20oC ）主 2.13/ 副 3.19制冷剂R-22 （CHCIF2 ）电源规格额定电压V（频率HZ

4、）220-240（ 50）相单相启动性能堵转电流A32/35 （ 220/240V ）2最低启动电压V176 以下性能制冷能力W4290/4330 5%输入功率W1390/1430 5%运行电流A6.6/6.4从上表可以看出，现选用的RH247 压缩机其能力比设计所需（3600W ）高出了近 700W 。究其原因，是因为压缩机的制冷能力受其运行中温度、压力、以及压缩机的冷却方式所左右。而压缩机的设计能力是在蒸发器和冷凝器为无限大（或蒸发器和冷凝器浸泡在水里，用水冷却） ，以保证其恒定的试验工况的前提下得出的，而实际应用时一般的壁挂式空调器其蒸发器和冷凝器不可能做得很大，而且当铝铂的材料或生产厂

5、家的生产工艺不一致时会造成换热效果的不一致，即相当于压缩机的工况不能保持恒定，从而影响压缩机的制冷能力。再者，设计装置时，需要一定的设计裕度，既所需压缩机的能力要比所需大10%-20% ，这样当热负荷发生剧烈变化时，装置也能够满足要求。另外，一般在装置的设计时，两器的换热面积都应比设计计算时有一定的裕度，但出于成本的考虑，对于在相同的设计裕度的情况下，两器所增加的成本就会很大，而压缩机的成本几乎不变，故将两器的设计裕度的一部分也分落到压缩机上，这样就会使机组的成本大大降低，而同时又可保证装置的能力。虽然这样压缩机的功率会有一点点的增大，但只要匹配得好，其能效比仍能达到或超出国际的要求。3第二章

6、、蒸发器的设计计算1、计算几何参数片后的管外径为：d b = d 0 + 2f =7+2 0.12 =7.24mm如右图所示，沿气流流动方向的管距为：S1 S2S2 =S 1tan35.8 o=17.6 0.72mm = 12.7mm沿气流方向套片的长度：L2 = 2S 2=2 12.7mm=25.4mm每米管长翅片的外表面积：a =2S1S2 d b2=2 17.6 12.747.24210001000f4Sf1.6=0.2279 /m每米管长翅片间的管子表面积：4ab =db SfSf1000= 0.0210/mSf每米管长的总外表面积：a=af+ ab=(0.2279+0.0210) /

7、m = 0.2489 /m0f每米管长的外表面积：abo =db = 0.00724=0.02275/m管内径：di =do-20.36 =7 0.72=6.28 每米管长的内表面积：ai =di =0.00628 =0.01973/m每米管长平均直径的表面积：am =(di+do)/2= (0.00724+0.00628)/2 =0.02124/m由以上计算可得：aof / abo =0.2489/0.02275 =10.9412、计算空气侧干表面传热系数1）空气的物性进口空气干球温度ta1=27 o湿球温度 19o出口空气干球温度ta2=15.1 湿球温度 13.2 o当地大气压 1013

8、20Pa空气的平均温度为 t f = t a1 t a2 = 27 15.1 =21.1 22空气在 21.1 下的物性为：5 =1.2006kg/m 3=15.16 6 /sff10Prf =0.7028C pf =1005J/(kg.k)2) 最窄截面处空气流速s sf17.6 1.6w max =1wy1.15 2.11m/ss1 d bsf17.6 7.24 1.6 0.12f3) 干表面传热系数干表面传热系数可用空调器结构设计（华工版）中P53 页（ 3-8 ）式来计算（1）、肋片沿气流方向的长度为L1=25.4 =0.0254m（2）、当量直径 de2s dbsff1ded bsf

9、s1f2 17.6 7.72 1.6 0.12 =2.574 2.6 17.6 7.72 1.6 0.12（3）、最窄截面处的空气流速s sf17.6 1.6w max =1wy1.15 2.11 m/ss1 d bsf17.6 7.24 1.6 0.12f（4）、空气在 21.1 下的运动黏度和导热系数为=2.5988 103（N/m.k ） =15.16 6 /sf10（5）、雷诺数及 L1/de 值Re =2.11 0.0026/15.16 10 6 =361.87L1/de =0.0254/0.0026 =9.769（6）、系数及指数的计算623A= 0.518 0.02315 L10

10、.000425 L13106 L1ded ed e= 0.518 0.02315 9.769 0.000425 9.7692 3 10 6 9.769=0.518-0.226+0.041-0.0028= 0.3302C=0.33 （1.36-0.24Re/1000 ）=0.33(1.36-0.24 361.87/1000)=0.420n =0.450.0066 L1 = 0.45+0.0066 9.769 = 0.514d em = -0.28+0.08(Re/1000) = -0.28+0.08(361.87/1000)= -0.251所以光管的干表面传热系数为：mao1.1n L1c Re

11、dede1.12.5988 10 2 / 0.0026 0.420 361.870.514 9.769 0. 25153.84因为波形片的干表面传热系数是平直套片的1.2 倍，而冲缝片根据实际的生产情况， 其干表面传热系数是波形片的1.35 倍，所以冲缝片的干表面传热系数为：ao1.21.3553.8487.22W /( m2k)74)、确定空气在蒸发器内的状态变法过程)t a1=27dt mgk2=15. 1/t a2Jk(Iwd(g/kg)根 据 给 定 的 空 气 进 出 口 温 度 由 湿 空 气h-d的 图 可 得h 1=54.0kj/kg,d1=10.5g/kg,h2=36.5kj

12、/kg,d2=8.5g/kg,在图上连接空气的进出口状态点 1 和 2,并延长与饱和空气线（ =1.0 ）相交于 W 点，该点的参数是8hw=29.5kj/kg,tw=9 oC,dw=7.13g/kg.在蒸发器中的空气的平均比焓为：h1h254.036.5(29.5) kj / kg 43.5kj / kgm54.029.5h hw1n h1hw1n36.529.5h2hw在 h-d 图上按过程线与 hw=43.5kj/kg 线的交点读得 tm=19.7 oC,dm=9.4g/kg ，析湿系数可由下式确定：1 2.46 dd w9.47.13m1 2.461.54t mt w19.795）、循

13、环空气量的计算进口状态下干空气的比体积可由下式确定：Qo3.63600kg / h 740 .6kg / hqm,dah1 h254.036.5故循环空气的体积流量为：RaT 1 (10.0016 d1)287.4( 273 27)(1 0.0016 0.5) 31PB101325m / kg30.865m / kg6）、空气侧当量表面积传热系数的计算当量表面积传热系数a j aof a fabafab对于正三角形叉排排列的冲缝套片管束，翅片效率f 可由小型制冷装置书中式（ 4-13 ）计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅片的长对边距离和9短对边距离之比为A/B=17.63/15.6=1.1

14、3，且m =B/db=15.6/7.24 ，故A1.271.560.32.4931.27m0.31.13B7.24肋片折合高度为：dbh1 1 0.351n27.2422.4931 10.351n2.4937.133mm取铝片热导率: =203W/ （m.K ）2 ao2 87.22 1.54 11m2030.00012m97.19mff故在凝露工况下的翅片效率为：th(m)th 97.190.007133fh0.86697.190.007133m h当量的表面传热系数为：a j aof a fab0.866 0.2279 0.02102.Kaof1.54 87.220.2489W / m21

15、17.84W / m .K7）、管内 R22 蒸发时表面传热系数的计算：由于本人设计的KF-36GW 空调器选用三菱RH247VXAC压缩机，由规格书上可查得其相关资料：排气量：24.7 （1.507 ）CC/REV （CU.IN/REV ）额定转速 ：2840/2860（220/240V ）RPMKF-36GWDE实际排气温度由厂家实验室提供的数据为89.5 oC。因为 R2210在 89.5 oC 的密度查制冷工质性质图表得3，所以 R22的总质量流51.52kg / m速为：qm24.7 28406010651.5224.7 2840601062 1.68 4已知 KF-36GW 需设计

16、成三进三出的模式，故蒸发器的分路数为Z=3 ，则每一分路中的 R22的质量流量为 qmdqm216 .84 / 3 72.28kg / h ，没根管子的有效流Z通面积为：d i223.14Ay0.006283.1524410m每一分路中 R22 在管内的实际质量流速为：qmd72.282.s)qi 3600Ai 3600 3.1 10 5647.67kg /( m作为迭代计算的初值，取qi =8800W/ （ .S ），由空调器结构设计书中（华工版）式（ 3-21 ）计算i0.6g0.2i 0.5247 qiB0.3 4 3d i式中 B 值按蒸发器温度 t o =5oC 查该书表（ 3-2

17、）得 B=1.46 ，故 R22 在管内换热系数为：647.6730.2i 0.52470.60.3432k88000.006281.461742.1W / m8）、传热温差的初步计算暂先不计算 R22 的阻力对蒸发温度的影响。则有：11ta1t a227.0 15.115.3 oCmt a1t o1n 27.05.01nt a2t o15.159）、传热系数的计算由于 R22与润滑油部分互溶， 故管内污垢热阻可忽略， 据文献介绍翅片侧污垢热阻，管壁导热热阻及翅片与管壁接触热阻之和（w s at t / am ）可取为5.953 w /2 .k（华工版空调结构设计上推荐值为2.6 8.63 w

18、 /2 .k），10mm10故K01146.13 /(m2 . )atat10.24891WK0.00595117 .84aiwsamt0.01973 1742.11ij10) 、核算假设的 q i 值q0K 022m46.1315.3W / m705.79W / ma0.24892qi0 fq0705.798 9 0W3 / mai0.01973计算表明，假设的 qi 初值 8800w/ 与核算值 8903 w/ 较接近，偏差小于2.5% ，故假设成立，有效。11 ）、蒸发器结构尺寸的确定蒸发器所需的表面传热面积Q036002Aiqi88000.409 mQ036002A0q0705.795

19、.101m蒸发器所需传热管总长12A0l ta0 f5.101 / 0.248920 .49m已知室内风量为3f=1.15m/sf为：640.6 m /h，迎面风速为 W，则迎风面积 Aq ,a640.620.1822Afwf1.15 3600mm取蒸发器的宽度B=647 ，高度 H=281.2 ，则实际的蒸发器的迎风面积为 0.182 。已选定垂直于气流方向的管间距为S1=17.6 ，故垂直于气流方向的每排管子数为：H281 .2n1s117.616 排深度方向（沿气流流动方向）为2 排，共布置 32 根传热管，传热管的实际总长度为：lt=0.647 162=20.704m传热管的实际内表面

20、传热面积为：Ai 16 2di 0.647216 20.00628 0.0647 0.4085 m又因为：il tA0.408520.70411.01Ai0.409l t20.4912 ）、空气侧的阻力计算（按照空调器结构设计中的例子进行计算）在蒸发器中空气的平均参数：比容：13R Tm10.0016dm28719.727310.00169.43ma0.834 m / kgPB10.001d m10132010.0019.4密度：121.20kg / mmm干工况下的阻力可按空调器结构设计书上式（3-20 ）来计算：L11.70.02541.20 2.111.7Pd 11.77u211.77

21、0.01130.00266.31 Pade（备注：式中为考虑肋片表面粗糙度的系数，对粗糙的肋片=0.0113,对光滑的肋片=0.007,u2为最窄截面处的风速 ,本机的蒸发器的肋片为百叶窗形式，故=0.0113 。）根据析湿系数=1.54 查该书表（ 3-3 ）得=1.22 ，故湿工况下的阻力按该书式（ 3-29 ）计算得：PWPd1.226.317.698 Pa13 ）、风量的计算及风机的选择蒸发器所需风量按厂家设计经验，一般按每千瓦冷量取3/ s ，故本0.05 m机蒸发器所需的理论风量为：q3.636000.05 648 3/ hm试验表明实际匹配时机组所需风量为640.83/ h 就可

22、满足要求。 近年在m分体壁挂机的室内机的设计中，风机的选择是一个重要的问题，因为风量与风轮的直径的三次方成正比、与风机的转速（也就是风轮的转速）成正比而室内机的噪音又与转速成正比，所以在保证俸禄的前提下贯流风机的选择必14须从以下几个方面来考虑：（1）、室内机的形状尺寸的大小、蒸发器的大小（2）、所匹配电机的转速（3）、对不同型号（功率）的机组其噪音指标由企业标准来确定（企业标准必须小于国家标准）综合考虑上述因素后， 决定选用直径为 =97 ，长度为 633 的贯流风叶，再配上型号为YW16-4 的 PG 电机（ PG 电机的转速由室内电气控制板控制，该 PG 电机的功率为 16W ，极数为

23、4。）三、冷凝器的设计计算1、有关温度设计参数及冷凝器热负荷确定冷凝温度 t k 50C进出口空气温差 tt 2 ta19.8 C进口空气干球温度 ta135 C出口空气干球温度t a244.8C对数平均温差：t a 2ta144.8359.25 Cm50351n t kta11n44.8t kta250由小型制冷装置设计指导中图3-1 查得 R22 在 tk50 C, t 0 5C 时的冷凝负荷系数 C0 1.24 ，实际生产中，由实验室测出的功率反推可知C0 1.39 1.40 ，则15实际的冷凝热负荷为：QkC0 Q0 1.39 3 6 0 0 5 0 0W02、翅片管族结构参数选择及计

24、算选择9.52 0.5 的紫铜管为传热管，选用翅片是厚f=0.14 的条缝形整张铝制套片，取翅片节距Sf=1.7 ， S1=25 ， S2=21.65 di =d0-2 0.5-1=8.52 ,db =d0+2 f=9.52+2 0.14=9.8 管族排列采用正三角形叉排每米管长各有关传热面积分别为：aS S42S3.14222d b/240.00980.00170.5480m/ mf12f0.025 0.02165abdbSff Sf0.0098 0.0017 0.00140.0017 0.0283 m2 / maaa0.54800.02832 / m0 ffmbaid i0.008520.

25、0268 m2 / m紫铜管每米管长平均面积：a2dd20.008520.0098 0.02832/ mmibm取当地大气压 PB=101320Pa ，由空气（干空气）热物理性质表，在空气平均温度 tm=39 oC 条件下， cpa1013 J /( Kg .K ),a0.02649W / m.K ,a17.5910 6 m2 / s ，在进风温度 t a1 35 C 的条件下， a 1.1095Kg / m3冷凝器所需空气体积流量：Qk500033q0.4539 m/ s 1634.04m / ha c pa t a2 t a11.1095 10139.8从现有的产品中量得冷凝器迎风宽度即有

26、效管长l=0.74m, 冷凝器的迎风面高16度 H=0.50m, 则迎风面积： Ay=0.74 0.50=0.37 又因为冷凝器翅片采用百叶窗形式，故实际的迎风面上空气流通面积为：A y2Ay898f H 2 0.37 898 0.00014 0.5 2.243 m所以实际的冷凝器的迎面风速：wyq0.45391.86m / s0.2433Ay（备注：现在的设计指导书上所推荐的迎面风速为2.5m/s 3.5m/s ，根据现行空调厂家的匹配经验，这个风速在现在翅片间距1.6 1.7这么小的情况下是达不到的。 所以后面的计算都是按上面的实际风速进行的，书上的推荐只能作为参考，没有实际的指导意义。

27、）迎风面上管排数：N=H/S 1 -1/2=0.5/0.025-1/2=19.5 排取20排。3、传热计算确定所需传热面积A0f, 翅片管总长 L 及空气流通方向上的管排数n, 根据空调设计手册上公式（ 3-1 ）可得管内凝结的表面传热系数为：11i0.6 8 3 s Bm t kt w 4 d i 4实际匹配实验中，根据测量数据表明，冷凝器中间排管的壁温在46 C48 C 之间，即与内壁有 2 C4 C （以 t k50 C 时计算），它的取值受迎面风速、翅片的材料、间距，以及冷凝器的生产工艺等因素影响，在综合上述因素后，取管子壁温为tw48 C ，则定性温度 t mt k t k 2 50

28、 48 2 49 C ，17按 tm49C ，及该书表3-1 得：1r s419.914,B67.32m11则：i0.68319.914 67.32 50 48 40.00852 4 2534.29W / m2 .K4、空气流经肋片间作无相变的传热时，其给热系数可采用下式计算：m1.1fn L10 fC Reded e1）、肋片沿气流方向的长度可用下式求得：b 2 1 cos30 2 0.02530.0433mS22）、微元最窄面的当量直径：2SdbSffd e1SS DBff12.83mm0.00283m3）、最窄截面风速：2 25 9.8 1.7 0.1425 9.8 1.7 0.14S

29、Sf25 1.7wmax11.8 3.33m / sS1d bwySf f25 9.8 1.7 0.144）、进出口空气的平均温度为：t mta1 ta 235 44.839.9225）、雷诺数及 L1/de 值Refwmax d e3.33 0.00283535.756La17.59 100.0433115.3de0.002836）、系数及指数的计算：18L10.000425( L1 )2L13A0.5180.02315310 6d ed ed e0.5180.0231515.300.00042515.32310 615.330.253C0.253(1.360.24 Re 1000)0.25

30、31.360.24535.75 / 10000.312n0.4510.45 0.006615.30.550.0066 Ld em0.28 0.08(Re/ 1000)0.280.08535 .75 / 10000.237所以光管的表面传热系数为：2.6510 20.550.2370 f1.10.312 535.75 15.353.350.00283翅片相当高度由小型制冷装置指导中式3-15 计算得：deS11 10.351n c S1h2d0d 00.002830.0251 0.351n(1.0630.0220.00952) m0.009520.011m取铝片热导率 =203W/ （mK），由

31、小型制冷装置指导中式（3-14 ）计算翅片参数 m, 即：20 fmf253.3512030.0001461.27 m由式（ 3-13 ）计算翅片效率：th m hth 61.270.0110.87f61.270.011m h表面效率由式（ 3-12 ）计算：a ff ab0.5480 0.87 0.02830a fab0.900.5480 0.028319根据小型制冷装置指导书上推荐的资料数据表明，冲缝片的表面传热系数比波形片高出60%（P126 小型制冷装置指导），而波形片比相同条件下的平直套片表面传热系数高35% （ P125 ），即冲缝片传热系数为平直套片的1.35 1.6 倍。根据厂

32、家经验，其值约为平直套片的1.21.35=1.62 倍左右。所以冷凝器的表面传热系数为：1.3550.9482.520 f1.2取管壁与翅片间接触热阻b 0.004 m2 .K / W ，空气侧尘埃污垢层热阻0.001m2 .K / W ，紫铜管热导率=393W/（m.K ）,由小型制冷装置指导中式0（ 3-21 ）计算冷凝器的总传热系数：1K 0aa110 f0 fkiaiam0b0 f010.57630.00050.57631)1 (0.02683930.0001 0.00482.522534.290.02830.90238 .35W / m .K冷凝器所需传热面积：Qk500022A0

33、f k0 m38.35 9.25 m14 .09 m所需有效翅片总管长A14.090 f24.45mLa0 f0.5763空气流通方针上的关排数：n=L/lN=24.45/(0.74 20)=1.65 排取整数 n=2 排。20由厂家实际的产品参数，即冷凝器的实际管长L=20 20.74=29.6m ，所以可得出结论： 冷凝器的管长有富余， 为L L L 29.6 24.45 5.15m ，这样，冷凝器的实际有效总管长为L=29.6m ，实际传热面积为 A=17.06 ，较传热所需传热面积大 13.8% 。4）、风机的选择计算由于冷凝器的迎风面高度H=0.5m ，故只需安装一台风机就可。动压：

34、2a w y1.1 0 9 51.8621.919p22Pa静压：pb1.743.3 1.1095 3.3 1.715.24 Pa0.108awmax0.108de2.83风机采用电动机直接传动，则传动效率1，取风机全压效率0.93，mfan则电动机输入功率为：Pq pp0.45391.91915.24 W 20Wf a nm0.93现选用 YDK-20-6G轴流风机，实际风机风量由实验室提供数据为1620 m3 / h ，输入功率为 20W ，风压为 15.24Pa ，叶轮直径 390 ，主轴转速 850r/min.四、毛细管的选择定型制冷剂在毛细管内的两相流动过程十分复杂，难以精确计算，计

35、算结果又往往与实际情况偏差较大，现行理论确定毛细管的长度及内径只有图解法与类比法。而21且毛细管的实际内径与名义内径之微小偏差对毛细管的长度影响较大，因而无论是通过图解法或类比法求得的毛细管尺寸，都要经过在实际装置中的运行试验，经校验和修正后，才能获得毛细管的最佳尺寸。我厂在毛细管的选定方面主要用类比法与实验法相结合，即在参考比较成熟的同类产品，进行类比得出所需的毛细管的几何尺寸。类比法的原理如下所述：根据制冷原理的热力计算可知，制冷量Q0 =qmq0 (其中 q m 为质量流量， q0为单位制冷量 )，对于两台制冷剂和工况都相同而制冷量不同的空调器，由于两者的q0 相同，则有Q01 /Q02

36、=q m1/qm2当毛细管长度一定时，流量qm 又与毛细管的流通面A 成正比，即Q01/Q02=qm1/qm2=A/A2，A2 Q02 / Q01 A1 qm2 / qm1 A11故本机型的设计在参照本厂一台比较成熟的制冷量为Q01 =2.5Kw 的空调器中所采用的毛细管 31.4 650 mm进行类比得：A1/A2=Q 01/Q02 =2.5/3.6又因为 A1 /A2 =(d1/d2)2所以 d2=1.68 mm现时设计的分体壁挂机中的常用毛细管的规格只有3.0 1.4 或3.0 1.6 或3.0 1.8 等几种，故取用 3.0 1.6 的毛细管。由小型制冷装置 P302 的文献可知，4.6D1/ D 2L1/ L222故 ： L1 L2 d1 / d 24.6650/ 1.68/1.6 4.6519.3mm所以由类比法初选毛细管为 3.0 1.6 519 mm 。实验校正： 在匹配时使用此规格毛细管，发现回气温度和排气温度偏低，冷量虽及格，即在额定冷量的95% 范围内，但温度分布不太理想，特别是回气温度太低会对压缩机的寿命有一定的影响，根据经验将毛细管加长， 可能会令冷量有所上升，排、回气温度也将升到合理状态点附近，故将毛细管换为3.0 1.6600 进行测验，实验结果表明 3.0 1.6 600 的毛细管能令制冷装置各温度点即回气、排气、蒸发、冷凝等各