制冷系统设计匹配

1、目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2汽车空调制冷系统各部件的匹配设计1 HYPERLINK l bookmark41.汽车空调制冷系统的热力计算1 HYPERLINK l bookmark61.1制冷系统设计工况的确定1 HYPERLINK l bookmark121.2制冷系统的热力计算3 HYPERLINK l bookmark242.汽车空调用压缩机的匹配5 HYPERLINK l bookmark383.汽车空调系统换热器的设计计算5 HYPERLINK l bookmark1704.节流机构的匹配设计13 HYPERLINK l bookmark

2、2065.储液干燥过滤器匹配设计15 HYPERLINK l bookmark2085.1储液干燥过滤器设计与选择方法155.2储液干燥过滤器的安装16 HYPERLINK l bookmark2186.汽车空调系统管路设计16 HYPERLINK l bookmark2207.风机的匹配设计16一 一 汽车空调制冷系统各部件的匹配设计汽车空调制冷系统匹配设计的主要内容为：1.根据汽车车型及结构特点确定制冷系统的的布置形式；2.根据所需的制冷量及确定的设计工况进行热力计算；3.根据热力计算的结果进行冷凝器，蒸发器的设计及压缩机的选型4.制冷系统辅助部件设计或选型（储液干燥过滤器、热力膨胀阀等）

3、；5.连接各制冷部件的管道设计；6.空气送风风道设计1.汽车空调制冷系统的热力计算热力计算是制冷系统设计计算的基础，热力计算的主要目的是求出热力循环的各项性能指标，并为制冷系统各部件的设计提供依据。1.1制冷系统设计工况的确定在进行汽车空调制冷系统热力计算之前，首先要根据汽车空调所要求的温度（tn）和外界温度（tw），并结合汽车空调系统的特点，确定制冷系统的nw工作参数，即确定如下参数：冷凝温度（tk）；蒸发温度（t0）；过冷度（tsc）;过热度（tsc）。为了便于讨论，可借助右边的lgp-h图进行分析。（1）冷凝温度tk的确定冷凝温度tk取决于冷凝器的结构形式和冷却介质。汽车空调系统由于运行

4、条件的限制，均采用风冷式冷凝器。这时车外环境温度tw（主要是指夏季w环境温度），成为影响tk的重要因素。在确定tk时不能只考虑某个地区的气象条件，而应综合加以考虑，以满足汽车使用地区广的特点。考虑到汽车空调系统在不同地区的适应性，应选取最恶劣工况，即取t=43C为宜。对于w风冷式冷凝器。通常选取tk比冷凝器的进风温度高12C15C。即:tk=tw+x（x=12，13，14，15）（1-1）对于汽车空调系统，tk的确定尚需考虑下列因素：1由于风冷式冷凝器的传热系数较低，而且受汽车安装空间的限制，冷凝器又不可能做的太大，一般靠增大传热温差提高tk；2冷凝器的工作环境恶劣，易积灰和沾染其它杂物，使传

5、热系数减少；综合上述因素，确定冷凝温度tk与外部环境温度的差值为17C即:tk=tw+17=43+17=60C(2)蒸发温度t0蒸发温度t0取决于空调所需求的温度、蒸发器的型式、被冷却介质的种类和使用条件。从理论上讲，蒸发温度t0提高，可以提高制冷循环的制冷量，提高制冷系数和循环的经济性。但t0的提高，减少了蒸发器的传热温差，需要较大尺寸的蒸发器作为补偿。而这一点对于汽车空调系统特别对于中、小型汽车空调系统是一个难题。由于一般希望蒸发器具有高效紧凑的特点，所以过大尺寸的蒸发器是不能接受的。根据Q=KFAt，传热系数K受风冷式冷凝器的限制无法有大的改善；m换热面积F又受到安装尺寸的限制。因此，要

6、保证一定的制冷能力只能在增大传热温差上做文章。在厶t中，当空调回风温度确定后，唯一可以改变的m即是蒸发温度t0，要增大传热温差，只有降低蒸发温度t0。但要注意到：t0不可能无限制的降低，当t0o.。1889m3/s经校核,所选压缩机符合使用要求。3.汽车空调系统换热器的设计计算汽车空调系统中的换热器是指冷凝器和蒸发器。由于汽车运行条件的限制,汽车空调系统中的换热器都是采用空气作为冷却介质,即都是所谓的空冷式换热器。对冷凝器来说,压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽进入冷凝器中,制冷剂在管内流动,利用与外界环境的温差,通过传热面把热量传给外界环境空气后,制冷剂蒸汽逐步凝结成高压中温的液体。对蒸发

7、器来说,由节流机构出来的两相状态的低温低压的制冷剂进入蒸发器中,制冷剂在管内流动,利用与车内回风进入蒸发器的空气之间的温差,通过传热面吸收空气的热量,使车内空气降温、除湿,达到制冷的目的。在该过程中制冷剂则逐步汽化沸腾为低温低压的过热蒸汽。以下以蒸发器的匹配设计为例，说明换热器的匹配设计步骤及匹配中应注意的问题。一、计算条件：由热力计算结果可知：制冷量Q0=21.868kW,蒸发温度t0C；00制冷剂R134a的循环量为q=0.1682kg/s；m已知：进蒸发器的回风温度t27C,相对湿度申=50%；a1为了便于布置和安装，蒸发器分成两个并联的蒸发器。其中一个蒸发器Q21.868冷负荷为，Q,

8、=爭=10.934kW。二、有关结构参数及物性参数：传热管为紫铜管：外径d=9.3mm,=0.35mm,机械胀管后尺寸为0d=10mm,=0.35mm,导热系数九=395W/mK。0铜翅片为铝翅片：翅片厚为,=0.15mm,翅片间距e=2.2mm,导热系数f九=236W/mKo铝蒸发盘管采用正三角形错排：管间距S=25mm,排间距S=Scos300=25121X,cos30o=21.65mm。f三、计算蒸发器的几何参数：翻边后总外径d：bd=d+2，=10+2X0.15=10.3mmb0f1.单位管长的参数值：2(SS-d2)单位管长肋片表面积：F=；单位管长肋片基管外表面积：feF=d(1-

9、,e)；单位管长总外表面积：F=F+F；单位管长管内bbftftF表面积：F=d(按胀管后计算)；肋化系数：卩=卡；净面比；iiFiTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark76A(Sd)(S-5)、=严=丄b2fo依次代入相关数据得：ASS HYPERLINK l bookmark52f1fF=0.4163(m2/m),F=0.0302(m2/m)fb四、确定空气在蒸发器内的状态变化过程：在汽车空调中，送回风温差一般为12C15Co本设计中选温差- -kmk- #-h2=35.3kJ/kg干空气t=13C,即出风温度t=14C；选取相对湿度P=85%。a2空气状态变

10、化过程在h-d图上的表示由给定的回风、出风参数查湿空气的h-d图得出：h1=55.6kJ/kg干空气di=11-2g/kg干空气d2=8.3g/kg干空气在湿空气的焓湿图上连接空气的进出口状态点1和点2,并延长与饱和空气线（P，100%）相交与W点。点W的参数是h=29.2kJ/kg宀一，t=10C,w干空气wd=7.6g/kg。w干空气在蒸发器中空气的平均焓值：h-hh=h+12-mwh-h/ln+w-h-h/2w55.6-35.3=29.2+55.6-29.2=43.1(kJ/kg干空气)ln35.3-29.2在h-d图上按过程线与h=43.1kJ/kg工宀一的线的交点读得t=19.0C,

11、m干空气md=9.5g/kg干空气，由此可求得如下的析湿系数：m干空气d-d/=1+2.46m=1+2.46Xt-t9.5-7.619.0-10=1.52mw五、循环空气量的计算：GdaQ0-h-h1210.934x1033.655.6-35.3=1939(kJ/h)在进口状态下的空气的比容：RaT(1+0.0016d)287.4x(273+27)x(1+0.0016x11.2)V)=11=1P(1+0.001d)100108x(1+0.001x11.2)B1故空气的体积流量为：V=GV=1939X0.877=1701(m3/h)ada1- -kmk- #-六、计算干工况下空气侧换热系数：01

12、.选取迎面风速=2.5m/s。f2最窄截面处空气流动速度2.5-=max,Z0.5479=4.56(m/S)3.取沿空气流动方向的管排数n=44沿气流方向的肋片长度L为：L=nS=4X21.65X10-3=0.0866(m)25计算当量管径de:f,2(S-d)(e-)2x(25-10.3)x(2.2-0.15)de=1bf=3598(mm)fS-d+e-25-10.3+2.2-0.151bft+16由t=a1a2am227+142=20.5C可查得:- #-kmk- #- -kmk- #-demaxYfLS式子：Nu二CRen()m的适用范围是Re=500104；才=0.180.35；b上面

13、所得的Re等均满足此条fdet=-40C40C；Lde=450；Sd=2ff1b件。所以可以采用此式计算换热系数5，即有:Nu=CRen()mffdeNu九=f_:de运动粘度Y=15.75x10-6m2/s,九=2.52x10-2w/mKff7.计算雷诺数Re:f456X小8x10-3=104215.75x10-6或:CRen九l=f一f()m0dede公式中各项系数分别计算为:A=0.518-0.02315(Lde)+0.000455(Lde)2-3.0 x10-6(Lde)fff将Lde=24.07代入上式中，得出:A=0.15f0.24Re0.24x1042C=A(1.36匚)=0.1

14、5x(1.36)=0.16710001000n=0.455+0.0066(Lde)=0.455+0.0066X24.07=0.596m=-0-28+0-08Ref1000=-0.28+00100F=-0.196CRen九l将上述各项数值代入式，=ff()m中得至U：0dede，二53.27(W/m2K)0考虑到错排,应有所放大：取放大系数k=1.10贝g：,/=k,=1.1x53.27=58.60(w/m2K)008.当量换热系数,：jp/=1.27pL0.3BB式中：pB25L、B分别是三角形的长短边距，因管簇按正三角形排列，所以L=1Bp/=1.27pL-0.3B=1.27x10.3=2.

15、554B10.3量翅高h=d(p/1)(1+0.35ln/)=空22(2.5441)(1+0.35xln2.554)=10.73mm由此可求出凝露工况下的翅片效率nfw：th(mh/)wmh/w/2,:、式中：m=(0)12w九0铝f一铝片的导热系数铝(2,匚)2x53.27x1.52“m=(0)12=58.58；w九0236x0.2x103铝fth(mh/)th(58,58x0.01073)n=w=0.886fwmh/58.58x0.01073w故当量换热系数,：j 1 -=空(，fwFf+Fb)=j0F+F1.5253.270.8860.4148+0.02970.4445=72.38(W/

16、m2K)七、R134a在管内蒸发时换热系数的计算:与R134a在管内冷凝时的换热系数方法相同，在计算R134a在管内蒸发时的换热系数，也可以利用相同工况下R12换热系数的计算公式，求出结果后，再乘以修正系数(k=1.33)得到R134a在管内蒸发时的换热系数。由热力计算已知：R134a的质量流量q=0.1682kg/s=605.52kg/h,估计管m内表面热流量q=13100W/m2；初步取R134a的质量流速=250kg/m2s,则imq605.52R134a的总流通面积为：A=f=6.7510-4(m2)2503600m兀兀每根管子的有效流通截面为：Ad2=0.00932=6.7910-5

17、(m2)i4i4A6.7510-4故蒸发器的分路数为：Z=9.93A6.7910-5i取Z=10；则每一分路R134a的流量为：G=m=0.01682(kg/s)d3600Z在t二0C，按制冷剂为R12时，查文献【1】中的表5-5得B二1.850于是按计算R12管内蒸发时换热系数的公式有：BG0.2q0.61.850.016820.2q0.6=di=i=8.6q06id0.00936ii对上述结果乘以修正系数k=1.33，则得R134a在管内蒸发时的换热系数：/=k=1.338.6q06=11.44q06iiii八、传热系数K及传热温差At的计算：0m由于R134a与润滑油相互溶解，可忽略管内

18、污垢。设翅片侧污垢热阻、管壁导热热阻和翅片与管壁之间接触热阻之和为4X10-3m2K/W，则总的传114.74+0.004+10.01728+i：28811.44q0-672.38q0-6ii热系数K0为:K=Jf0FFr1t+r+r+i+dFwsFiimj如果不计R134a流动阻力对蒸发温度的影响，则传热温差为:Att,t_a1a2mttln-a10-tta2027.0-14.0恥(c)ln14.0-0九、单位热流量及蒸发器结构尺寸的确定：由以上计算结果可得：19.790.01782+1.288q0.6或：qiqo=1051.288440.00.01782+5.87+q0.6q0.6ii15

19、.3419.79用试凑法解上式可得q39W/m2,与原假设值很接近，故不需要再重i新计算。q琴1!?856.5(w/m2)015.34Q10.91000从而可求得所需要的换热面积：.才卞厂83(m2)FQ10.910001273,、F=12.73(m2)0q856.50据此可以确定蒸发器的结构尺寸。所需传热管总长：F12.7328.51(m)tF0.4465t迎风面积：A17010.189(m2)f2.53600取蒸发器长A=724mm,高B=250mm,贝V:A0.181(m2)(实际迎风面积)已选管间距S25mm,1B250故每排管子数为：n101S251深度方向计4排,共可布置40根传热

20、管,其总长为:iL/0.72441028.96(m)t它大于计算值,约有5%的裕度。十、计算管内换热系数a和传热系数K:i0由上面计算可知：a11.44q06=11.44131390-6=3385W/(m2K)ii -1 #-传热系数K010.01782+竺8q0.6i0.01782+1.288131390.645.1W/(m2K) #-1 #- #-1 #-十一、管内流动阻力及其对传热温差的影响的计算：R134a在管内蒸发时的质量流速V为:m_4G_4x0.01682_”774=0009324774kg/(m2s)md2x0.00932i按设计值F/=28.96x0.0292=0.847(m

21、2)iq/iQ10.934x103=0=12909(W/m2)F/0.847i由于沸腾准则数：K/=亠4x129099.81x0.0093x247.742284 #-1 #- #-1 #-雷诺准则数：Re沁=247.74x0.0093=8408.6(卩按t=0杳得)卩0.247x10-30杳得于是:摩擦阻力系数:K/2284.57=。側討25=.。37x(十皿=.。2671由图3-1可知，从3/点到4点是等焓节流过程，因而有h；=h4=275(kJ/kg)。由文献1中的附录4可查得0C时，h=200(KJ/kg),h1/=397.22(KJ/kg)。所以，制冷剂节流后进入蒸发器的干度为：h/-

22、h/X=31h/-h/11275-200397.22-200=0.38出口干度x=1.0，2则平均干度X=(x+x)0.38+1.012=22=0.69 #-1 #- -1 #-由t=0C,u/=0.0077208,u=0.068891,由X=0.69可得：011u=Xu/+(1-X)u/=0.69x0.068891+0.31x0.0077208=0.0499311弯头个数n=Z-1=10-1=9,局部阻力系数=1.0,由于弯头半径S25R=-2=T=12.5(mm)；R12.5所以摩擦阻力系数匚=0.094=0.094x=0.1262d0.0093i由于每根管子长l=0.724(mm)- -

23、1 #-由下列公式可求出流动阻力的损失P二fd+n(匚严2)i2(x一x)/2m2鵲+9x(1+0.126H2X。一0.38)0.69xO04993x247兀=0.358x105Pa十二、空气侧的阻力计算：在蒸发器中空气的平均参数：比容：=mRT1+0.0016d)a_mpBmJ1+0.001d丿m_287.4x(273+20.5)x(1+0.0016x9.5)100108x(1+0.001x9.5)二0.847(m3/kg)密度：“二m1=1.181(kg/m3)0.847m空气流过单套翅片管簇，在干工况下的阻力可按下式计算得出：P=9.81A(Lde)(“”dfmax式中：A考虑翅片表面粗

24、糙度的系数，对粗糙的翅片表面A=0.0113；L沿气流方向的翅片长Pd=981x013x31x(181x必6=469Pa由文献12表5-7中，根据析湿系数匚=1.52,查得系数=1.21于是：p=Q即所选型号满足要求。max00n式中：G节流阀所能接受的最大制冷剂流量（kg/s）maxq0每千克工质在蒸发温度条件下的制冷量（kJ/kg）Q节流阀所对应的蒸发温度回路的总制冷量0n但是如果所选的D太大,却会给调节带来困难。因此,选择D时,一般nn考虑使Gq在1.52.0Q范围内，综上所述，具体计算结果如下：max00nC=0.02005+,0.63UDl2二0.02005x1086.960.63x

25、0.00089=0.66G=2CD2,PmaxD4nl -1 #-=20.66D213.885xl051086.964n=28464.81D2n查FPF型热力膨胀阀技术数据，试选用Dg3FPF型热力膨胀阀，D=3mm,n则：故：G=28464.81D2=28464.81X0.0032=0.256(kg/s)maxnGq=0.256X130=33.3(kW)三Q=21.868(kW)；满足要求。max00n且：Gqmax0Q0n=d=1.5221.868 #-1 #- #-1 #-Gq在1.52.0Q的范围内，满足要求。故：max00n热力膨胀阀选用Dg3FPF型热力膨胀阀，其接管规格为：进口：

26、10 x1(mm)；出口：12x1(mm)5.储液干燥过滤器匹配设计5.1储液干燥过滤器设计与选择方法对于中小型客车，一般采用储液、干燥、过滤为一体的结构形式，储液器的容积应占制冷系统充注的制冷剂按体积计算的50%70%,即：储液器的容积为：V=(0.50.7)X #-1 #- -1 #-式中：m制冷系统制冷剂的充注量(kg)冷凝温度下制冷剂饱和液体的密度(kg/m3)为了防止异常高温下储液器的安全性，储液器中的储液量不得超过储液器本身容积的80%，即储液器的实际容积应为：V/若选储液器的直径为D，长度为L,则有:4V/代入有关数据，根据计算结果选用储液干燥过滤器，其规格如下表3-1储液干燥过

27、滤器规格外型容分干易熔适用尺寸量子筛燥剂重塞击穿温制冷剂量度76176500XH-50103R134a7110.55.2储液干燥过滤器的安装（1）储液干燥过滤器要安装在通风好、冷却好、远离热源的地方。一般应安装在冷凝器与节流机构之间的管路上。（2）储液干燥过滤器应垂直安装，倾斜度不要大于15。（3）对于一体式储液干燥过滤器，其顶部往往设置有一个视野窗。储液干燥过滤器的安装，应便于通过视野窗对系统内制冷剂流动情况进行观察。（4）储液干燥过滤器的进出口都作有标记，安装时应注意不得装反。（5）安装时还应注意检查该储液干燥过滤器是适合于何种制冷剂的产品，不要引起混用。6.汽车空调系统管路设计考虑到车身