制冷课程设计设计一拖一分体式冷暖房间空调器设计

1、1 制冷循环热力计算1.1 设计要求设计一拖一分体式冷暖房间空调器设计（不米用电辅助加热）。进行制冷系统的方案设计和热力计算，选配制冷压缩机（定频），设计室外和室内换热器， 完成辅助设备的计算和选用，制冷系统管路设计。根据设计规范命名空调器的型 号，并确定其能效等级。（1）.进行制冷系统的方案设计和热力计算；（2）.选配制冷压缩机（定频）；（3）.设计室外和室内换热器；（4）.完成辅助设备的计算和选用；（5）.制冷系统管路设计。已知：额定冷量：3841w 制冷剂：R29Q制冷时，环境温度：th=35C室温：tl=27蒸发温度就是 t0=5C（风温 27）制冷温度二蒸发温度 冷凝温度：tk=46

2、C过冷度 5C过热度 5C制热时，自己定蒸发温度 t0=-5C,要保证达到制热量冷凝温度：tk=46C（风 温 35 ）环境温度：th=2C室温：tl=20C过冷度 5C过热度 5C室内外机均采用翅片管式空气换热器，气候类型为T1 （温带气候）；室内机采用挂壁式。31.566341307.80040.54745307.800表 1.1(1)单位质量制冷量q0=h0-h4=578.89-307.800=271.19kJ/kg(2)单位容积制冷量qzv=q0/v仁271.19/0.08588=3157.49kJ/m3(3)理论比功w=h2-h1=638.151-587.888=50.263kJ/k

3、g(4)指示比功wi=w/ni=50.263/0.90=55.85kJ/kg(5)冷凝器入口的制冷剂比焓值：h2s=wi+h 1=55.85+587.888=643.735kJ/kg(6)性能系数理论值：C0P=q0/w=271.19/50.263=5.40指示值：COPi=q0/wi=271.19/55.85=4.86(7)冷凝器的单位热负荷qk=h2s-h3=643.735-307.800=335.94kJ/kg(8)制冷剂的循环质量流量qm=Q/q0=3841/271.19=14.2g/s(9)实际输气量与理论输气量qvs=qm v1=14.20.085888=1.21961 m3/sq

4、vh=qvs/ 入=1.21961/0.90=1.36m3/s(10) 压缩机消耗的理论功率和指示功率P=qm50.263=712wPi=P/ni=0.712/0.90=0.791KW(11) 冷凝器热负荷Qk=qm335.94=4770w(12) 热力学完善度COPc=TL/(Th-TI ) = (273+5)/(46-5)=6.78指示循环效率为n=COPi/COP=4.86/6.78=0.731.2.2 供热循环计算取:ni=0.90 入=0.90点号p/mpt/Ch/(kJ/kg)v/(m3/kg)00.4029-5567.3610.40290576.6870.11537721.566

5、356.505641.85431.566341307.80040.4029-5307.800表 1.2(1)室外蒸发器单位质量吸热量q0=h0-h4=567.36-307.800=259.56 kJ/kg(2)理论比功w=h2-h1=641.854-576.687=65.167 kJ/kg(3)指示比功wi=w/ni=65.167/0.90=74.50kJ/kg(4)室内冷凝器入口焓值h2s=wi+h仁74.50+576.687=649.10kJ/kg(5)室内冷凝器单位制热量qk=h2s-h3=649.10-307.800=341.29 kJ/kg(6)供热系数理论值 COP=qk/w=34

6、5.55/65.167=5.3指示值 COPi=qk/wi=345.55/74.50=4.65(7)额定供热量Q =qm*qk=341.29*14.2=4846w(8) 实际输气量与理论输气量qvs=qm v1=14.2*0.115377=1.64m3/sqvh=qvs/ 入=1.639/0.90=1.82m3/s(9) 压缩机消耗的理论功率和指示功率P=qm*w=*65.167=0.92537kwPi= P/ni=0.92537/0.9=1.03kw(10) 室外蒸发器热负荷Q0=qm*qo=14.2*259.56=3685.8w(11) 热力学完善度COPc=TL/(Th-TI ) =(2

7、73+46)/(46+5)=6.255指示循环效率为n=COPi/COP=4.65/6.255=0.753.压缩机(1).压缩机型号的选择：选择 1 台 DSF340V1UF 压缩机.(文字说明其类型及主 要参数)排量 cm3制冷量 W功率 W排气管内径 mm回气管内径 mm能效比压缩机高度 mm34.0572013159.812.94.353254.室内机(制冷蒸发器供热冷凝器)的选择计算贯流风机已知：(1) .(制冷)蒸发器热负荷 Q=3841w(2).(制冷)进口空气干球温度 ta 仁 27C湿球温度 ts 仁 19C(3) .(制冷)出口空气干球温度 ta2=17.5C湿球温度 ts2

8、=14.6Ca. 选定蒸发器的结构参数选择 d10mm*0.7mm 勺紫铜管，翅片选用厚为&=0.2mm 的铝套片，热导率为入 f=237W/ (m*k),翅片间距 sf=2.2mm。管束按正三角叉排排列，垂直于流动方向 的管间距 s 仁 25mm 沿流动方向的管排数 nl=2，迎面风速 uf=2.5m/s。b. 计算几何参数(1).翅片为平直套片，考虑套片后的管径为 dbdb=d0+2&=10mm+2*0.2mm=10.4mm(2) .沿气流流动方向的管间距为 s2S1S2s2=s1cos30 =25mm*0.866=21.65mm(3) .沿气流方向套片的长度 LL=4*s2=4*21.6

9、5=86.8mm(4) .每米每管长翅片的外表面面积 afaf=2 (s1s2-db*db*3.14/4 ) /sf=0.4148m2/m(5) .每米每管长翅片间的表面面积 abab=3.14*db(sf-&)/sf=0.0297m2/m(6) .每米管长的总外表面面积 aofaof=af+ab=0.4445m2/m(7) .每米管长的外表面面积 ab0ab0=3.14*db* 仁 0.03267m2/m(8) .每米管长的内表面面积 aiai=3.14*di*1=0.02702m2/m(9) .每米管长平均直径处的表面积 amam=3.14*dm*1=0.029845m2/m(10) .有

10、：翅片管肋化系数BB=aof/abo=0.4445m2/m/0.03267m2/m=13.606c. 计算空气侧干表面传热系数(1) .空气的物性空气的平均温度 tata=(ta1+ta2)/2=(27C+17.5C”2=22.25C空气在此温度下的物性：pa=1.1966kg/m3, cpa=1005J/(kg*k),Pra=0.7026 , va=15.88 10A-6m2/s(2) .最窄界面处的空气流速Umax=Uf*s1*sf/(s1-db)(sf-&)=4.7m/s(3) .空气侧干表面传热系数j=0.0014+0.2618*RedA(-0.4)*zA(-0.15)=0.00852

11、h0=j*pa*Umax*cpa/ PraA(2/3)=61.02w/(m2*k)d. 确定空气在蒸发器内的状态变化过程(1).根据给定的空气进出口温度，由湿空气的h d图可知h1= 55.6kj/kg , h2=40.7kj/kg , d1= 11.1g/kg , d2=9.2g/kg(2).由上图，连接点 1 和点 2,并与饱和空气线交与( =0.1)w 点，该点的参数是 hw “ =29.5kj/kg,tw=9C,dw“ =7.13g/kg。在蒸发器中，空气的平均比焓为hm=hw“+(h1-h2)/ln(h1- hw”)/(h2 - hw”)=47.1kj/kg(3).在 hd 图上按过

12、程线与 hm=47.1kj/kg 线的交点读得 tm=21.4 C,dm=10g/kg，析湿系数可由下式确定：=1+2.46(dm-dw”)/(tm-tw)=1.57e . 循环空气量的计算qm=Q/(h1-h2)=3.841kw*3600/(55.6-47.1)=1626.8kg/h 进口状态下空气的比体积： v1=0.866m3/kg故循环空气的体积流量为qv,a=qm*v1=1626.8*0.866=1408.8m3/hf . 空气侧当量表面传热系数的计算当量传热系数hj=h0(nf*af+ab)/(af+ab)=84.02w/(m2*k)g .管内 R290 蒸发时表面传热系数计算蒸发

13、温度是 t0=5C,R290 在 t0=5C的物性为：饱和液体的比定压热容cp,l=2.485kj/(kg*k) ，饱和液体的密度：pI=518.135kg/m3，饱和蒸汽的密 度：pg=11.97kg/m3,汽化潜热：r=366.37kj/kg ，饱和压力 ps=547.3kpa，液体 的动力粘度 卩 1=0.062534*10-3，液体的热导率 入 l=0.1588w/(m*k)，液体的普 朗特数 Prl=0.98,进口干度 x1=0.26，出口干度 x2=1。(1) .R290 的总质量流量 qmqm=Q*3600/r*(x2 -x1)=3841*3600/366.37*(1-0.26)

14、=51.00kg/h(2) . 作为迭代计算的初值，取 qi=11.8kw/m2 ， R290 在管内的质量流速为 qi =85kg/(m2*s), 则总的流通截面面积为 A ( 迭代过程未写出 )A=q m / 3600*qi =51.00/3600* 85=1.67*10A-4m2(3) . 每根管子的有效流通截面面积 AiAi=3.14*di*di/4=5.8*10A-5m2(4) . 蒸发器的分路数 ZZ=A/Ai=16.7/5.8=2.88则取 Z=3,则每一分路中 R290 的质量流量为 qm,dqm,d=qm /Z=51.00/3=17kg/h(5) .每一分路中 R290 的管

15、内实际质量流速为 GiGi=qm,d/3600*Ai=17kg/h /3600*5.8*10A-5=81.42kg/(m2*s)于是B0=qi/G*r=11.8/81.42*366.37=3.96*10A-4C0=(1- x”)/x”F0.8*(Pg/P1)9.5=0.0993Frl= Gi *Gi/pl*pl*g*d=0.293Rel=Gi(1- x”)di/ 卩 1=81.42*(1-0.63)*0.0086/(0.062534*10八-3)=4143hl=0.023* (RelA0.8)*(PrlA0.4)(入 l/di)=313.1hi=hl(C1*(C2)AC2*(25Frl)AC5

16、+C3(B0)AC4*Ffl)=6012w(m2*k)h. 传热温差的初步计算tm先不考虑 R290 流动阻力对温度的影响，有tm=(ta1-ta2)In(ta1-t0)/(ta2-t0)=16.8Ci. 传热系数的计算 k0k0=1/(at/ai*hi+rw+rs+at*rt/am+1/h)=52.63w/(m2*k)(翅片侧污垢热阻，管壁导热热阻，翅片与管壁接触热阻之和为 4.8*10A-3m2*k/w)j. 核算假定的 qi 值q0=k0* tm=16.8*52.63=884.18w/m2qi=at*q0/ai=0.4445*884.18/0.02702=14545.5w/m2注：与假设

17、 qi=11800w/m2 差距太大，再假设 qi=13900w/m2有： B0=qi/G*r=1 3.9/81 .42*366.37=4.66*1 0A-4hi=hl(C1*(C2)AC2*(25Frl)AC5+C3(B0)AC4*Ffl)=8216.8w(m2*k)k0=1/(at/ai*hi+rw+rs+at*rt/am+1/h)=53.5 w/(m2*k) q0=k0* tm =16.8*53.5 =898.8w/m2qi=at*q0/ai=0.4445*898.8/0.02702=14786w/m2 与假设相差较小，故假设有效。k. 蒸发器结构尺寸确定(1) . 蒸发器所需的表面传热

18、面积 Ai A0Ai =Q/qi=3841/13900=0.276m2A0 =Q/qo=3841/898.8=4.28m2(2) . 蒸发器所需的管总长 lt lt =A0/at=4.28/0.4445=9.63m(3) . 迎风面积 AfAf=qv,a/uf=1408.8/2.5*3600=0.16m2取蒸发器高度 B=720mm 高 H=225mm 则实际迎风面积为Af=0.72*0.225=0.162m2(4) . 已选定管间距 s1=25mm 故每排管数为 n1n1=H/s1=225/25=9(5) .共有两排，共有 18 根传热管，传热管的实际长度为 Itlt=0.72*18=12.

19、96m(6) .传热管的实际内表面传热面积为AiAi=18*3.14*0.0086*0.72=0.35m2又：Ai/Ai =0.35/0.276=1.26lt/lt =12.96/9.63=1.34l. R290 流动阻力及其对传热温差的影响 p p =5.986*0.00001*(qi*Gi)A0.91*I/di=3364pa=3.364kpa由于流动损失很小，仅占饱和压力的0.61%，因此流动阻力引起蒸发温度的变化可忽略不计。m. 风机的选择计算由于冷凝器的迎风宽度 l=0.7m,高度 H=0.3m 安装一台风机比较合适。动压 p =pa3y 2/2=3.547pa静压 p” =0.108

20、b(pa max)A1.7/de=27.495pa风机采用电动机直接传动，则传动效率nm=1；区风机全压效率nfan=0.6,则电动机输入功率P=qv(p+ p”)/(nfannm)=37.413w风机风量 2603.306m 3/h、输入功率 37.413w、风压为 31.047pa，查轴流风机类 型可选 T35 型风机一台，机号为 2.8，其实际风量为 2685 m 3/h，转速为 2900r/min6.室外机(制冷冷凝器 供热蒸发器)的选择计算轴流风机 强制通风空气冷却式已知：(1) .(制冷)冷凝器热负荷Qk= 4770w(2).(制冷)进口空气干球温度 ta 仁 35C湿球温度 ts

21、 仁 24C(3) .(制冷)出口空气干球温度 ta2=43C湿球温度 ts2=26Ca. 选定冷凝器的结构参数选择的紫铜管，紫铜光管外径：do= 9.52mm 铜管厚度：St= 0.35mm 翅片 选用厚为&=0.115的铝套片，热导率为 入 f=237W/ ( m*k),翅片间距 sf=1.8mm。 管束按正三角叉排排列，垂直于流动方向的管间距 s1 = 25.4mm 铜管竖直方向 间距：S2= 22mm 沿流动方向的管排数 nl=2，迎面风速uf=2.6m/s。b. 计算几何参数S1(1) .翅片为平直套片，考虑套片后的管径为 dbdb=d0+2&= 9.75 mm(2) .当量直径：=

22、3.04 mm(3) .铜管内径 didi=d0-St=8.82 mm(4) .每米每管长翅片的外表面面积 af2af=2 (s1s2-db*db*3.14/4 ) /sf = 0.537 m /m(5) .每米每管长翅片间的表面面积 ab2ab=3.14*db(sf-&)/sf= 0.0286 m /m(6) .每米管长的总外表面面积 aof2aof=af+ab = 0.56666 m /m(7) .有：翅片管肋化系数BB=aof/abo=aof/(3.14*di)=20.46c.计算空气侧干表面传热系数(1) .迎面风速假定uf = 2.6 m/s(2) .最窄截面处风速Umax=Uf*s

23、1*sf/(s1-db)(sf-&)= 4.5 m/s(3) .冷凝器空气入口温度为:ta1 = 35E,取出冷凝器时的温度为：ta2 = 43C确定空气物性的温度为：ta=(ta1+ta2)/2=39C在 tm= 39C下，空气热物性：va=17.5x10A-6m2/s ,入 a=0.0264W/mKP3a=1.0955kg/m ,cpa=1.103kJ/(kg*C)(4) .空气侧的雷诺数：Rea=Umax*deq/uf=783.7(5) .由公式，空气侧换热系数2=50.3 W/m K其中:=0.1852=0.217 =0.5931=-0.217铜管差排的修正系数为 1.1 ，开窗片的修

24、正系数为 1 .2 ，则空气侧换热系数 为：2X1.1X1.2=66.41 W/mK对于叉排翅片管簇：=25.4/9.75=2.6051=2.7681式中：为正六边形对比距离，翅片当量高度：二 0.01169 m=75.4 m-1翅片效率：=0.802表面效率：二 0.812(6). 当量表面传热系数 aa=a0(nf*af+ab)/(af+ab)=89.29w/(m2*k)d .管内 R290 蒸发时表面传热系数计算冷凝温度是 t0=46C,R290 在 t0=46C的物性为：饱和蒸汽的比定压热容cp,g=2.111kj/kg,饱和蒸汽 的密度：pg=35.10kg/m3 ,饱和液体的密度：

25、pl=467.29kg/m3 汽化潜热：r =294.8kj/kg，饱和压力 ps=1566.3kpa，蒸汽 的动力粘度 卩g=3.23*10A-5pa*s， 蒸汽的热导率 入g=0.01811w/(m*k)， 蒸汽的 普朗特数Prg=0.132， 进口干度x1=1，出口干度 x2=0。(1) .由上可知 R290 的总质量流量 qm qm= 51.00kg/h(2) . R290 在管内的质量流速为qi =85kg/(m2*s)(2) .作为迭代计算的初值，取 qi=13.8kw/m2，则总的流通截面面积 AA=qm/3600*qi =51.00/3600*85=1.67*10A -4m2(

26、3) . 每根管子的有效流通截面面积 AiAi=3.14*di*di/4=5.3*10A-5m2(4) . 蒸发器的分路数 ZZ=A/Ai=16.7/5.3=3.15则取 Z=3,则每一分路中 R290 的质量流量为 qm,dqm,d=qm/Z=51.00/3=17kg/h(5).每一分路中 R290 的管内实际质量流速为 GiGi= qm,d/3600*Ai=17kg/h /3600*5.3*105=89.1kg/(m2*s)于是B0=qi/G*r=13.8/89.1*294.8=5.44*10A-4C0=(1- x”)/x”A0.8*(pg/pl)A0.5=0.275Frl= Gi *Gi

27、/pl*pl*g*d=0.45Rel=Gi(1- x”)di/ 卩 1=11309hl=0.023* (Re|A0.8)*(Pr|A0.4)(入 l/di)=238.1 w(m2*k)hi=hl(C1*(C2)AC2*(25Frl)AC5+C3(B0)AC4*Ffl)=2156.5w(m2*k)h. 传热温差的初步计算tm先不考虑 R290 流动阻力对温度的影响，有tm=(ta1-ta2)In(ta1-tk)/(ta2-tk)=10.5Ci. 传热系数的计算 k0k0=1/(at/ai*hi+rw+rs+at*rt/am+1/h)=38.78w/(m2*k)(翅片侧污垢热阻,管壁导热热阻,翅片

28、与管壁接触热阻之和为4.8*10A-3m2*k/w)j. 核算假定的 qi 值q0=k0* tm =10.5*38.78=407.2w/m2qi=at*q0/ai=0.56666*407.2/0.02575=8960.7w/m2注：与假设 qi=13.8kw/m2 差距太大,再假设 qi=9500w/m2有：B0=qi/G*r=9.5/89.1*294.8=3.62*10A-4hi=hl(C1*(C2)AC2*(25Frl)AC5+C3(B0)AC4*Ffl)=2529w(m2*k)k0=1/(at/ai*hi+rw+rs+at*rt/am+1/h)=40.5w/(m2*k)q0=k0* tm

29、 =10.5*40.4=424.25w/m2qi=at*q0/ai=0.56666*424.24/0.02575=9336w/m2与假设相差较小,故假设有效。k. 蒸发器结构尺寸确定(1) . 蒸发器所需的表面传热面积 Ai A0Ai=Q/qi=4770/9500=0.502m2A0=Q/qo=4770/424.25=11.2m2(2) . 蒸发器所需的管总长 lt lt =A0/at= 11.2/0.56667=19.8m(3). 迎风面积 Af Af=qv,a/uf=2456m3/h/2.6*3600=0.26m2取蒸发器高度 B=512mm 高 H=500mr 则实际迎风面积为 Af=0.5*0.512=0.26(4) .已选定管间距 s 仁 25mm 故每排管数为 n1n1=H/s1=500/25=20(5) . 共有两排，共有 40 根传热管，传热管的实际长度为 ltlt=0.512*40=20.5m(6) . 传热管的实