2600W家用分体挂壁式空调设计说明

word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑毕业设计说明书题目：2600W家用冷暖空调设计计算学院：专业：学号：姓名：指导教师：完成日期：2013年5月28日目录摘要...............................................................................Abstrac.t............................................................................第一章绪论.......................................................................11.1空调设计的背景及意义.........................................................11.2家用空调的发展历程...........................................................11.3家用空调的国内外研究状况.....................................................11.4分体挂壁式空调的结构组成及工作原理...........................................21.5空调主要部件介绍.............................................................21.6研究的主要内容及目标.........................................................3第二章分体挂壁式空调设计的总体方案.............................................42.1设计任务：....................................................................42.2设计目的：....................................................................42.3设计步骤：....................................................................4第三章工况选择及计算.............................................................53.1设计工况选择..................................................................53.1.1室内外空气状态参数确定..................................................53.1.2房间空调器运行参数的确定................................................53.2制冷循环的热力计算............................................................53.2.1制冷循环及压焓图........................................................52.2热力计算.................................................................6压缩机的选择..................................................................93.3.1压缩机类型的选择........................................................93.3.2压缩机型号的选择.........................................................93.4热泵循环热力计算..............................................................9第四章冷凝器设计计算.............................................................114.1冷凝器介绍及选择................................................................114.2冷凝器计算......................................................................114.2.1有关温度参数及冷凝热负荷确定各有关温度参数........................114.2.2翅片管蔟结构参数选择及计算................................................114.2.3传热计算..................................................................13第五章蒸发器介绍及设计计算......................................................175.1蒸发器进口空气状态参数........................................................175.2风量及风机的选取..............................................................175.3蒸发器进、出口焓差及出口处空气焓值............................................175.4选定蒸发器的结果参数..........................................................175.5设计几何参数..................................................................185.6计算空气侧干表面传热系数.....................................................195.6.1空气的物性..............................................................196.2最窄截面处空气流速......................................................195.6.3干表面传热系数..........................................................19确定空气在蒸发器内的状态变化过程.............................................20循环空气量的计算.............................................................20空气侧当量表面传热系数的计算.................................................21管内R22蒸发时表面传热系数的计算............................................21传热温差的初步计算..........................................................24传热系数的计算..............................................................24核算设定的q值..............................................................25i蒸发器结构尺寸的确定........................................................25第六章其他辅助设备选择及计算....................................................26节流装置的选择计算............................................................266.1.1毛细管的选择计算........................................................26四通换向阀的选择..............................................................272.1四通换向阀的容量和选用...................................................27风机及配用电机的选择..........................................................27室外风机（选择轴流式风机）..............................................27室内风机（选用贯流式）..................................................28制冷剂充满量的计算............................................................28热泵空调器热力经济性指标核算..................................................29管路及辅助设备的选择..........................................................29管路系统选型............................................................29干燥过滤器选型..........................................................30气液分离器选型..........................................................30第七章设计成果....................................................................317.1压缩机........................................................................317.2冷凝器........................................................................31蒸发器........................................................................32节流装置......................................................................32四通换向阀....................................................................32风机及备用风机................................................................32总结................................................................................34参考文献............................................................................35致谢................................................................................36附录................................................................................36附图一：R22压焓图................................................................36附录一：英文翻译..................................................................37附录二：翻译原文..................................................................50word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑2600W家用冷暖空调设计计算摘要空调设计不断更新换代，技术也在不断完善和发展，本文通过R22小型家用空调实例的设计来介绍空调的基本相关设计计算，让相关人员更清楚的了解小型家用空调的设计计算过程。本文通过对空调的各个重要的零件分别计算，如蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置，对于具体部件的选用采用国家相关的技术标准，结合热力计算及系统的装配，通过计算得出R22小型分体挂壁式空调的关键部件。采用R22制冷剂设计相关的制冷循环系统，结合相关的物性参数，得出计算结果。最后通过对空调的经济性能指标的核算确定空调的设计是否符合要求。这是一种小型家用空调，安装简单，操作方便，而且设计过程清晰，可以满足大众需求，发展空间大，与其他的空调设计相比显得更简单明了。关键词：分体壁挂式空调；蒸发器；冷凝器；R22

Adesignandcalculationof26GWhouseholdairconditionerAbstractThedesignofairconditionerisupgradingandupdatingcontinuously,andthetechnologyisdevelopedandimproved,either.ThistextisfocusedonthebasicdesicalculationofairconditionerbyofferingthedesigncaseofhouseholdairconditioTheprimarygoalistolettherelatedpersonnelknowmoreclearlyaboutthedesigcalculationprocessofsmall-sizedhouseholdairconditioner.ThistextistocalculatethecriticalcomponentofR22small-sizedfissionwall-mountedhouseholdairconditionerbycalculatingrespectivelyeverysignificancomponentofairconditionersuchasevaporimeter,condenser,compressor,andthrottlinggear,employingtherelevantnationaltechnicalstandardtochoosethespecificcomponentandcombiningwiththethermodynamiccalculationandsystematicassembletocalculate.ThistextistoemploytherefrigeratingcyclesysrelatedtotheR22refrigeratingfluiddesign,combiningwiththerelevantphysicalpropertyparametertogetthecomputationresult.Finally,thistextistoensurethdesignofairconditionerisinlinewiththedemandbyadjustingaccountsoftheconditioners’economicperformanceindex.Thisisatypeofsmall-sizedhouseholdairconditioner.Itiseasytoinstalloperate,andthedesignprocessisclear.Theairconditionercansatisfythepublandhasgreatdevelopmentspace.Thedesignismoreconciseandexplicithanothers’.Keywords:Fissionwall-mountedair-conditioner;evaporator;condenser;R22第一章绪论1.1空调设计的背景及意义能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。近年来我国在经济发展的同时，也面临着资源匮乏，环境恶化等严峻挑战。人民对生活环境的舒适和健康要求越来越高。而且随着人们生活水平的提高，居住条件也在不断改善，越来越多的人们开始选用和使用家用空调，空调也走进了千家万户。空调的种类很多，但是大部分家用空调还是以分体挂壁式为主。分体挂壁式空调以其体积小，外形美观，使用灵活，噪声低，不影响室内采光，安装检修方便等优点被广泛的应用于家居之中1。并且随着人们对生活环境的要求越来越高，空调所提供的舒适度也相应提高，所以本设计针对分体式空调进行了基本的设计计算。1.2家用空调的发展历程在二十世纪六，七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是：AircoolChiller，简称为Chiller.1988年中国第一台国产分体壁挂机KF-19G1A在华宝空调器厂诞生，开启了我国家用空调器行业的一个新时代；20世纪八十年代中国空调市场一直以进口为主；2005年推出了光面板系列空调产品，此后一直使用至今2。在原有的技术手段上，随着不断的创新和改进，在如今形成了系统完善的生产过程。从压缩机、热交换器。精细阀和电子控制装置等都有了明显的改进。而且空调技术也在如今社会不断的提高，为人们营造更加舒适的环境。1.3家用空调的国内外研究状况在90年代的中国，从先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。如今，中国已经是一个顶级国家，中国主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场出口需要23。制冷剂是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷的目的。在上世纪30年代成功研发的“氟利昂”系列制冷剂的危害开始被人们所认知，人们开始更加关注氟利昂的破坏作用，并开始寻找替代品3。现在市面上以R410a使用最为普遍，并占主要地位。但是这种制冷剂仍然含有少量的氟，只能算过度性产品。人们越来越多的把眼光放到了天然工质制冷剂上，主要有碳氢化合物，氨和二氧化碳。但是这类制冷剂仍然存在很多问题，所以一直未得到普遍应用1。杜邦，霍尼韦尔，大金这三大公司已R134a为主，在中国，有些行业我们采用word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑word文档可自由复制编辑自主研发的R600a制冷剂4。分体式空调的其他方面如在制冷过程中产生的冷凝水，一般的做法是将冷凝水直接通到室外，但是这容易损坏建筑物，污染环境。国内对于冷凝水回收利用的研究，基本还处在理论分析阶段。目前对于出现的冷凝水回收几乎大部分是将冷凝水对室内空气所释放的焓值从新从冷凝器中补充，从而达到降低散热器效果节约能源的作用5。1.4分体挂壁式空调的结构组成及工作原理挂壁式空调的室内机组主要由换热器、贯流风扇、电动机、自动风向系统、排水系统等组成。室外机组主要由全封闭式压缩机、室外换热器、四通换向阀、毛细管、轴流风扇、电动机等组成6。家用分体挂壁式空调的制冷量一般比较小，在1860-4300W之间，容量小，故其室外机组均为单个风扇类型。制冷过程：低温低压的制冷剂蒸汽被压缩机压缩成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器对外放热变成低温高压液体，接着通过节流装置变成低温低压气液混合物，然后进入蒸发器，吸收房间内的热量变成低温低压气体，在压缩机的吸力进入压缩机从新开始新的循环。制热过程：制热过程整好与制冷过程相反。制冷剂通过四通换向阀改变其流路，使其流路与制冷过程的整好相反，这样来实现制热56。工作原理如图1图1分体空调原理图1.5空调主要部件介绍压缩机：压缩机分活塞压缩机，螺杆压缩机，离心压缩机，他们的主要作用是将低温低压的制冷剂压缩成高温高压制冷剂蒸汽。冷凝器：空调机根据冷凝形式可分为：水冷式和空冷式两种，是一种通过散热把气体转化成液体的装置。蒸发器：蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝液体通过蒸发器，与外界空气进行热交换，气化吸热，达到制冷的效果。节流阀：节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。在空调器中，通过节流阀来控制流体改变流体的温度和压强，但是保持焓值不变，即等焓变化5。1.6研究的主要内容及目标已知条件：名义制冷量Q2600W，名义制热量Q3600W,制冷剂R22。根据已知条件设计工况，确设计参数，计算制冷循环，设计蒸发器和冷凝器。预计达到的目标：通过计算设计出空调重要部件，确定制冷循环方案，设计出符合国家标准的家用空调，满足家庭调温要求。第二章分体挂壁式空调设计的总体方案2.1设计任务：设计一台KFR-26GW分体壁挂式家用冷暖空调，名义制冷量Q=2600W，0名义制热量Q=3600W，制冷剂R22。2.2设计目的：1通过独自进行空调的相关设计，了解和明白空调器的原理。加深对空调器的理解。结合大学所学相关知识，初步掌握空调器的相关设计，了解技术的发展和社会的需求，为以后的工作积累经验。2.3设计步骤：设计工况和设计参数的确定制冷循环的热力计算压缩机的选择热泵循环热力计算冷凝器设计计算蒸发器设计计算毛细管的选择计算四通换向阀的选择风机及配用电机的选择制冷剂的充灌量的计算家用冷暖空调热力经济性指标合算管路及铺设设备的选择第三章工况选择及计算3.1设计工况选择3.1.1室内外空气状态参数确定根据GB/T7725-1996中的4.2.4，因为工作环境温度为-7℃～43℃，所以选取参数如下所示：制冷:室内干球温度27℃，室内湿球温度19.5℃室外干球温度35℃，室外湿球温度24℃制热：室内干球温度20℃，室内湿球温度15℃室外干球温度-7℃，室外湿球温度-8℃3.1.2房间空调器运行参数的确定根据文献[6]P283表7-11和P284表7-14，选取窗式空调器的参数如下：蒸发温度t=7.2℃0冷凝温度t=54.4℃有效过热度5℃有效过冷温度5℃吸气温度20℃3.2制冷循环的热力计算3.2.1制冷循环及压焓图名义工况下，制冷循环参数及室内外空气参数如下：蒸发温度7.2℃，冷凝温度54.4℃，膨胀阀前液体温度46.1℃，出口温度15℃，吸气温度20℃。室内干球温度27℃，湿球温度19℃室外干球温度35℃，湿球温度24℃。根据条件绘制循环的p-h图，如图1所示：图图3-1循环过程在p-h图上的表示查R22热力性质表，得各特征点的状态参数如下表所示：表3-1R22热力性质状态点状态点MPaP℃t）（kghKJ)/(3kgmv10.6252.1462.1467.215208854.446.1414418451269257.90.041′1″23453.2.2热力计算（1）、基础性能指标的计算①单位质量制冷量q（kJ/kg）0qhhhh414257.9KJ/kg156.1KJ/Kg 0 1 5 1 4②单位理论功（KJ/㎏）0hh451418KJ/kg33KJ/kg 0 2 1③制冷系数0 q 156.104.730330④容积系数v11cppkk1v 0式中，c—相对余隙容积，取为1.2%p—冷凝压力（排气压力）（pa）kp—蒸发压力（吸气压力）（pa）0K—膨胀系数，取为1.050.9731v⑤压力损失系数p1p⑥温度系数TATB(TT) T k 1 0式中，T—冷凝温度kT—蒸发温度0T—压缩机前吸气温度1对于R22，A2.57103,B1.06103,所以，0.8279T⑦泄露系数l近似取 l v0.9731l⑧输气系数0.7804vpTl⑨压力比pk3.43p0（2）根据总制冷量Q，选配压缩机0①制冷剂的循环量qm Q 2.6q00.0167kg/s mq 156.10②压缩机实际输气量qv,sqqv0.01670.0416.83104m3/s v,s m1③压缩机理论输气量qv,th q 6.83104qv,s8.75104m3/sv,th0.7804求出的q的数值可以作为选择压缩机的依据。v,th（3）计算压缩机的功率①压缩机的理论功率ptpq0.0167330.5511kw t m 0②压缩机的指示功率i/11.5psmpdmk1/h2h1i Tl v1 式中，v—吸入点比体积，单位m3/kg—压力比p,p—吸、排气阀平均压力降，单位为pasm dmh,h－压缩开始及终了时的比焓，单位为J/kg 1 2K—膨胀系数取K=1.05，p0,p0.1p则， sm dm k=0.717i③压缩机的机械效率m取0.95m④压缩机的指示功率pi p 0.5511 pt 0.394kwi0.717i⑤压缩机的轴功率pe p 0.394pi0.578kwe0.7170.95im⑥电动机效率mv取=0.88mv⑦电效率el0.7170.950.880.5994elimmv⑧输入电功率pel p o.5511pt0.92kwel0.5994el（4）实际制冷系数s4.730.7170.953.22 s 0k 0im3.3压缩机的选择3.3.1压缩机类型的选择本设计采用的是全封闭式滚动转子压缩机，因为其结构紧凑，无轴封装置，体积小，噪声低，重量轻6，而且被广泛应用与小型空调机组中。3.3.2压缩机型号的选择根据额定制冷量，通过查文献[6]p286表7-16，选用西安庆安压缩机厂生产的空调用YZ—23全封闭滚动转子式压缩机，额定制冷量为2740W，电机的输出功率为750W，属电容运转型（PSC），电影为50HZ—220V，质量为13.4㎏。3.4热泵循环热力计算通过四通换向阀改变空调中制冷剂的流动方向来实现制冷和制热之间的相互转化，所以计算方法参照文献[7]P21。3.4.1单位吸热量qkJ/kgeqhh414257.9156.1kJ/kg e 1 53.4.2单位理论功KJ/kg0hh45141833kJ/kg 0 2 13.4.3单位实际功kJ/kge 33048.45kJ/kge0.7170.95im3.4.4电机输入单位理论工kJ/kgel48.45e55.06kJ/kgel0.88mv3.4.5压缩机实际排气状态焓值h(kJ/kg)2hhf41855.060.9467.6kJ/kg 2 1 el3.4.6单位制热量qkJ/kghqhh467.6257.9209.7kJ/kg h 2 43.4.7循环制热系数 hq209.7h3.81h55.06el3.4.8压缩机质量流量 qkg/smaq3.850.9731qvtv0.025kg/smav36000.0413.4.9热泵制热量 QwhQqq0.025209.45.2351kw h mah3.4.10压缩机的轴功率 pwepq0.02548.451.211kw1211w e mae3.4.11电机输入功率 pwelpq0.02555.061.38kw1380welmael第四章冷凝器设计计算4.1冷凝器介绍及选择①冷凝器介绍冷凝器有空气冷却式冷凝器和水冷冷凝器两种。空气冷却时冷凝器分为强制通风式和自然对流式两种。强制通风的空气冷却式冷凝是以空气为冷却介质节约了水资源，所以被广泛的应用于窗式空调和分体式空调器，冷凝柜、车用空调等以氟利昂为制冷剂的小型制冷装置；自然对流空气冷却式冷凝器与强制通风的空气冷气式冷凝器相比，没有风机，因而节省了功率消耗但是只适用于制冷量小于0.5KW的小型氟利昂制冷机中，例如家用冰箱等。水冷冷凝器分为套管式和卧式壳管式冷凝器两种，现如今主要被应用于大型工厂或者设备中，来满足其需要的很大的制冷量。②冷凝器选型根据以上的因素，综合考虑，因为空冷式冷凝器是通过风机鼓吹空气使制冷剂降温，所以在换热管壁不会有水垢生成，干净，而且拆装维修方便，适合家用。所以选用空冷式冷凝器。4.2冷凝器计算4.2.1有关温度参数及冷凝热负荷确定各有关温度参数其取值见表4-1表4-1冷凝器温度参数表项目参数值（℃）冷凝项目参数值（℃）冷凝温度kt54.4进出口空气温差12aatt10进口空气干球温度1at35进出口空气干球温度2at45对数平均温差 tt 4535a2a113.8℃mtt54.435lnka1lntt54.445k a2由文献②图6—1查的，R22在t54.4℃,t7.2℃时的冷凝负荷系数C1.27，k 0 0则冷热负荷QCQ1.2727403479.8W k 004.2.2翅片管蔟结构参数选择及计算选用紫铜管为传热管，尺寸为100.5mm，翅片是厚度为0.15mm的f波纹行整张铝制套片。翅片节距S2mm，迎风面管心距S25mm，管蔟排 f 1列采用正三角形叉排。每米管长各有关传热面积计算分别如下：i、每米管长翅片侧面面积afaf2S1S24db2Sf 3 20.0252240.010320.002m2/m0.4579m2/m注：翅片一般有一边翻边，且利用翻边保证均匀的翅片节距，则翅片的根部外沿直径dd2d1020.15mm10.3mm，又波纹片侧面积与平片侧面积误差很，算。ii、每米管长翅片间官面面积abdSab f fb Sf0.01030.0020.00015m2/m0.0299m2/m0.002iii、每米管长翅片侧总面积a0f因翅片厚度较小，翅顶面积忽略不计，则faaa0.45790.0299m2/m0.4878m2m 0f f biv、每米管长管内面积aiad0.009m2/m0.02833m2/m i i由文献[8]P201附录8干空气的热物理性质（p1.01325105pa），查得空气在平均温度t40℃条件下C1005J/kJk、0.0276mw/mk、16.96106m/s pa a a在进风温度t35℃条件下，1.1465kg/m3 a1 a冷凝器所需空气体积流量 Q 3479.8qtkt1.1465100510m3/s0.302m3/sv C apaa2 a1选取迎风风速2.5m/s，则迎风面积y q 0.302Av0.12m2y2.5y4.2.3传热计算空气侧传热系数有文献[6]公式（6－11）乘以1.1再乘以1.2进行计算。取冷凝器在空气流通方向上的管排数n=4，侧翅片宽度3b4Scos3040.025m0.0866m 1 2微元最窄截面的当量直径2SdS22510.320.15deS1dbSff2510.320.15mm3.3mm0.0033mm1 b f f最窄截面风速SS1f2522.5m/s4.6m/s max SdSy 2510.320.15 1 b f fb0.0866因为 26.24d 0.0033e maxde4.60.0033 R895.047ef16.96106查文献①P90表3-19和表3-19得0.15,n0.632,m0.210,C1.15则空气侧表面传热系数bmCaRnd1.11.20f defee0.02761.150.15895.0470.63226.240.2101.11.20.003370.38w/m2K因为t54.4℃，查文献[6]P536附表4R22饱和液物性值可得k0.073w/mK,1060.32kg/m3,148.14103J/kg,2.11104Ns/m2则物性集合系数B32g0.25B式中，—冷凝液的导热系数—冷凝液的密度—制冷剂的比潜热—冷凝液的动力粘度所以，0.07331060.3229.81148.141030.25B 2.11104 1318.3则氟利昂在管内凝结的表面传热系数0.555Bd0.25tt0.25ki i k wi0.5551318.30.0090.2554.4t0.25237554.4t0.25 wi wi翅片相当的高度由文献[7]公式6—16计算得，dSSh20d1110.35lnCd100式中，C=1.063是由于按等边三角形叉排排列 .0010.025 0.025h20.01110.35ln1.0630.01m0.01m取铝片热导率203w/mk，由文献[7]公式6－15计算翅片参数2 270.38m 0f 67.99m12030.00015由文献[7]公式6—14算翅片率，即thmhth67.990.010.87fmh67.990.01表面效率由文献[6]公式6—13计算得，即 aa 0.45790.870.0299 ff b 0.878 0 aa 0.45790.0299f b忽略各有关污垢热阻及接触电阻的影响，则ttt，将计算所得有关各值 wi w0 w代如文献[6]公式3—20attattkiikw0f00fwm式中，t—壁面平均温度wt—外避面温度wo tt 3545t—空气进出口平均温度，ta1 a239℃m m 2 2所以，23750.028354.4t0.7570.380.8780.4878t39 w w54.4t0.750.4485t39 w w选取适当的t，使上式左右两边相等，用试凑法，上式得t48℃w代入文献[7]公式6—17中，则R22在管内的凝结表面传热系数为237554.4480.25w/m2k1493w/m2k取管壁与翅片间触电阻r0.004m2k/w，空气侧尘埃层热阻r0.0001m2k/w，393w/mk献[6]公式6—21计算冷凝器的总传热系数1K0 1aa 10f0frraa0bkiim0f0式中，—紫铜管壁厚a—紫铜管每米管长平均面积madd0.0090.01m0.0298m m 2i 0 2所以1KW/m2K0 1 0.48780.00050.4878 1 0.00010.004 14930.0283 393 0.0298 70.380.87831.4W/m2K冷凝器的所需传热面积 Q 3479.8Ak8.03m2ofK31.413.80m所需有效翅片管总长 A 8.03L0fm16.5ma0.48780f空气流通方向上的管排数LnlN有效单管长l、迎风面高度H、迎风面管排数N、空气流通方向管排数n进行计算，得出多个方案，如表3-2所示表3-2方案项目项目来源与计算公式方案一方案二方案三方案四方案五方案六有效单管长l（m）选取0.70.650.60.550.50.45迎风面高度H(m)lAHy0.170.180.20.220.240.27迎风面上管排数N211SHN77891011空气流通方向管排数nNlLn444444根据室外机组的送风量和查阅相关的生产经验的出方案5符合标准。因此，迎风面上的管排数为10，所以冷凝器迎风面高度H102512.5262.5mm0.2625m第五章蒸发器介绍及设计计算蒸发器通常分为两类：一是按制冷剂的蒸发（沸腾）是在壳侧进行还是在管内进行来分类，在壳侧进行的称为满液式蒸发器，在管内进行的称为干式蒸发器，另一类分类方法是根据蒸发器所冷却的介质来分，可以分为冷趋势空气式蒸发器和冷去液体式蒸发器。空调器（机）中蒸发器均为翅片管蔟换热器，制冷剂在管内直接蒸发，用风机强制通风，使管外空气降温去湿6。5.1蒸发器进口空气状态参数根据蒸发器进口处空气干球温度t27℃，湿球温度t19℃，查的，空气的h—d图，得蒸发器进口处湿气的相对湿度5%，比焓值h56kJ/kg（干空气），含湿量d11.3g/kg（空气）。 1 15.2风量及风机的选取蒸发器所需风量一般按每kw冷量取0.05m3/s的风量，故蒸发器的风量为q2.740.050.137m3/s493.2m3/h5.3蒸发器进、出焓差及出口处空气焓值蒸发器进、出口空气焓差 Q 2.74hhh011.3kJ/kg 1 2q1.20.16v蒸发器出口处空气焓值hhh5611.3kJ/kg44.7kJ/kg1设蒸发器出口处空气的相对湿度90%，则，蒸发器出口处空气的干球温度t17℃含湿量d10.9g/kg，44.7kJ/kg查《空气调节》将h—d图上的2g 2 2空气进出口状态点1、2相连，并延长与饱和线相交，得t15℃，h42kJ/kg35.4选定蒸发器的结果参数采用强制对流的直接蒸发式蒸发器，连续式整体式铝套片。紫铜管为Φ10mm×0.5mm，翅片选用0.15mm的铝套片，翅片间距S1.8mm。管束按正三角形叉排排列，垂于流动方向管间距S25mm，铝热导率1203W/mk。图4-1图4-1计算单元5.5设计几何参数翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为dD21020.15mm10.3mm b 0 f以图4-1示出的计算单元为基础进行计算，沿气流流动方向的管间距为3SScos3025mm21.65mm2 1 2每米管长翅片的外表面积 1a2SSd2f 1 24b1000Sf 10.32100011.8m2/m0.5088m2/m22521.654每米管长翅片间的管子表面积1adS b b f f1000Sf 10.31.80.151 m2/m0.0321m2/m10001.8每米管长的总外表面积aaa0.50880.0321m2/m0.5409m2/m 0f f b每米管长的外表面积ad10.01031m2/m0.0324m2/m bo b由以上计算可得ofaa0.540916.694ofa0.0324bo每米管长的内表面积ad10.0091m2/m0.0283m2/m t t肋画系数 a 0.54090f19.11a0.0283i肋助系数它是指每米肋管外表面积与迎风面积之比，即 a 0.5409aof21.64S0.0251净面比它是指最窄流通断面积与迎风面积之比，即SdS0.0250.01030.00180.00015 1 b f f 0.539 SS 0.0250.00181f5.6计算空气侧干表面传热系数5.6.1空气的物性空气的平均温度为 tt 2717ta1a222℃f22由文献[8]附录8干空气的热物理性质（p1.01325105pa）查得空气在22℃下的物性为：1.197kg/m3fC1005J/(kgK)pfp0.7026rfv15.25106m/sf5.6.2最窄截面处空气流速迎风面风速2.5m/s，则最窄截面处流速为f2.5f m/s4.6m/smax0.5395.6.3干表面传热系数干表面传热系数可用文献[6]式（6—47）计算d0.4aof0.1540.00140.2618maxvf0abo4.60.010316.6940.150.008280.00140.261815.25106C4fmaxpf o p23rf0.008281.1974.61005W/(m2K)58.05W/(m2K)70267026.0325.7确定空气在蒸发器内的状态变化过程根据给定的空气进出口温度由湿空气的h—d图可得，,h56kJ/kg,h44.7kJ/kg,d11.3g/kg,d10.9g/kg在图4-2上连接 1 2 1 2空气的进出口状态点1和点2并延长与饱和空气线相交于点，该点的参数是 h42kJ/kg,t15℃,d10.7g/kg。在蒸发器中空气的平均年龄比焓为 hh 5644.7hh1242kJ/kg46.75kJ/kgmhhln5642ln1 44.742hh在h—d图上h46.75kJ/kg线的交点读得t19.1℃， m md11g/kg。析湿系数可由下式确定：m dd 1110.712.46m12.461.18tt 19.115m图4-25.8循环空气量的计算 Q 2.743600q0kg/h872.92kg/hm,dahh5644.7 1 2进口状态下干空气的比体积可由下式确定RT10.0016d2872732710.001611.3Va1 1m3/kg0.865m3/kg1 P 101325B故循环空气的体积流量为qQV872.920.865m3/h755.0758m3/h V,a m,da15.9空气侧当量表面传热系数的计算当量表面传热系数aaffbj0afab对于三角形叉排排列的平直套片管束，翅片效率可由文献[6]式（6—52）计f A算，叉排时翅片可视为六角形，而且此时翅片的长边距离和短边距离之比1, B 25 B且 2.4,故 md 10.3bA1.270.31.272.410.32.579mB肋片折合高度为d110.35lnhb210.32.579110.35ln2.579210.828mm2258.051.18 m 0 m162.1m12370.15103ff故在凝露工况下的翅片效率为thmhth62.110.8281030.58660.87fmh62.110.8281030.6724当量表面传热系数为1.1858.050.870.50880.0321W/(m2K)60.12W/m2Kj 0.50880.03215.10管内R22蒸发时表面传热系数的计算查文献[8]附录和文献[6]，得R22在t7.2℃时的物性为：0饱和液体比定压热容C1.193kJ/(kgK)饱和液体焓h208.69J/kgl饱和蒸汽焓h407.38kJ/kg饱和液体密1261kg/m3饱和蒸汽密度26.46kg/m3g汽化热198.68kJ/kg饱和压力P6.2496kPa液体黏度203106Pas液体热导0.0932W/(mK)液体普朗特Pr2.489R22在[6]P115式（4—5）计算。CCc225Frc5CBC4F i l1 0 1 3 0 flg1xD0.8Pr0.4l0.023lDill1x0.8g0.5C0xlqBgrg2Fr9.82D l i式中，—管内沸腾的两相表面传热系数，单位W/m2K—液相单独流过管内的表面传热系数，单位W/(m2K)lC—对流特征数0B—沸腾特征数F—液相弗劳德数g质量流率，单位kg/(m2s)x—干度D—管内径，单位为mm—液相动力黏度，单位为Pss—液相热导率，单位W/(mk)lPr—液相普朗特数l—气相密度，单位为kg/m3—液相密度，单位为kg/m3lq—热流密度，单位为W/m2r—气化潜热，单位为J/kgF取决于制冷剂性质的无量纲系数，按文献②表4—2各种制冷剂F值的取值，fl fl所以取F2.20fl上式中C、C、C、C和C为常数，他们的值取决于C的大小 1 2 3 4 5 0当C＜0.650C1.1360C0.9C667.2C0.7C0.312345当C＞0.650C0.6683C0.2C1058.0C0.7C0.32 3 4 5以下开始代数计算：首先计算R22进入蒸发器时的干度x，可由文献⑤P218式7—5计算1hhx1xh s g1 1lR22在蒸发器入口处的h257.9kJ/kg，t7.2℃，则 s 0 hh 257.9208..69 xs 10.248 1hh 407.38208.69 g l出口干度x1.0，则R22的总质量流量为2 Q3600 2.743600qm0xx198.6810.24866.02kg/h1作为迭代计算的初值，取q12000W/m2。R22在管内的质量流速ig125kg/ms，则总流通截面为 q 66.26Am1.472104m2g36001253600每根管子的有效流通截面d20.009Aim26.35105m2i 4 4蒸发器的分路数A1.472104Z2.31 A 6.35105i取Z=2，则每一分路中的R22的质量流量为 q 66.02qm33.01kg/hm,dZ2每一分路中R22在管内的实际质量流量q 33.01gm,d144.4kg/(m2s)i3600A36006.35105i于是 q 12 Bi 6.31040g96.28198.68ixx0.8 1x0.80.511 2C0xglx12x2gl0.5 2 10.6240.826.460.5 0.09659＜0.650.6241261所以C1.1360C0.9C667.2C0.7C0.31 2 3 4 5 g2 144.42Fri0.149l2gd126129.810.009 1 i g1xd 144.410.6240.009Ri i2124.56el 203106l0.023R0.8Pr0.4l l el ldi0.09320.0232124.560.82.4890.4157.4 0.009 157.41.13600.096590.9250.1490.3667.26.31040.72.2W/m2Ki3502.19W/m2K5.11传热温差的初步计算 tt 2717 a1a2℃14.22℃mt277.2lna1t0lntt 177.2a2 05.12传热系数的计算1K01rf i j式中，r—考虑外表面积灰等所形成的附加热阻，对于空调用蒸发器，可取r0.0~0.0001m2K/W，所以取r0.0002m2K/W，故f f1 K W/(m2K)44.86W/(m2K) 0 19.11 10.0002 3502.19 60.125.13核算设定的q值iqK44.8614.22W/m2637.95W/m2 0 0mqq19.11637.9512191.3W/m2 i 0计算表明，假设的q12000W/m2与核算的q12191.3W/m2较接近，偏差小i i于2.5%，故假设有效。5.14蒸发器结构尺寸的确定蒸发器所需的表面传热面积 Q 2740A0m20.228m2iq 12000i Q 2740A0m24.3m2 0q 637.950蒸发器所需传热管总长A4.3l07.95m ta 0.5409of迎风面积 q 755.0758Av,a0.1m2f2.53600f取蒸发器宽B=550mm，高H=230mm，则实际迎风面积A0.550.230.13m2垂直于气流方向的管间距为s25mm，故垂直气流方向的每排管子数为1 H 230 n 9.2故取n9 1s 25 11深度方向（沿气流流动方向）为两排，供布置18根传热管，传热管的实际总长度为l0.55929.9m则最终设计的蒸发器高为H92512.5237.5mm实际迎风面积A0.550.23750.13m2蒸B2S221.65m43.3m2第六章其他辅助设备选择及计算6.1节流装置的选择计算初步选定毛细管作为节流装置，因为毛细管使用于工况比较稳定的制冷系统中，而且现在被广泛的应用与家用冰箱和中小型空调器，比较适合于家用空调器。6.1.1毛细管的选择计算毛细管的选择计算中，应根据给定工况，确定其长度和内径，然后再进行试验，确定其最佳的尺寸。对于R22制冷剂，且无回热的情况，选取图解法来初步确定毛细管的尺寸。①初步估算毛细管的内径和长度选择毛细管时，首先应计算毛细管的相对流量系数，qmqmqma式中,—毛细管的相对流量系数q—每根毛细管的实际流量mq—标准毛细管流量制冷剂循量q20.5103kg/s73.8kg/hm蒸发器的分路数Z2则每根毛细管的实际流量73.8qkg/h36.9kg/hm 2q的数值由标准毛细管图查的。根据p0.625MPa6.25105Pa,t5℃，查ma t 0文献[6]P224图6—42，得q19kg/hma所以，36.9 1.919在1.9作一水平线，在图中找到A,B,C,D,E,F,H,8个点，这8个点分别表示在供液能力相同的情况下的8组毛细管尺寸，列表5-1如下表6-1点号点号)(mmdi)(mmLidL/A1.75003.4B1.88002.25C1.913001.46D2.016001.25E2.228000.7857F2.421001.14G2.669000.38H2.882000.34经过比较，选取B组的毛细管尺寸，d1.8mm,L0.8m。实际调试后，在综合原6.2四通换向阀的选择家用分体壁挂式冷暖空调的制冷和制热之间的转换是通过四通换向阀改变制冷剂的流向来实现的。6.2.1四通换向阀的容量和选用我们选用是要选用推荐最大容量略大于本设计制冷量、制热量的产品。根据以上选用原则，查文献[9]P162表7—8四通换向阀型号规格，考虑到名义制热量为3600W，选择型号为DHF5的四通换向阀，名义容量为4500W，进气接管外径尺寸8mm，排气接管外径尺寸10mm6.3风机及配用电机的选择6.3.1概述在房间空调器中，为强化管外空气侧的换热，增加气侧换热系数，对冷凝器和蒸发器均采用强迫对流。表6-2风机特点列表风机类型 特点轴流式风机 效率较高，风量大，噪声大，风压较低，适用于配用空冷式冷凝器贯流式风机 它的转子较长，出风均匀，风压低，噪声小，适用于分体式空调机组中的室内机组6.3.2室外风机（选择轴流式风机）根据冷凝器的迎风面宽度为H=500mm，高度H=262.5mm，所以平行安装一条风机比较适宜。查文献[10]P201表6-34小型轴流式风机系列参数和P255表6-62FZL型系列轴流式通风机性能表，选用350FZL-02型轴流式通风机，其主要技术参数如表6-3表6-3轴流式风机参数表型型号风机电动机风量hm/3风压Pa风叶直径mm声功率级AdB质量㎏电压V相数频率Hz功率W转速r/min350FZL-02180098350582.722015010014006.3.3室内风机（选用贯流式）由于蒸发器长L=550mm，宽B=43.3mm，所以串联连接两台贯流式风机为宜，中间以电动机相连。根据有关资料，选择GL40×260型贯流式通风机两台，叶轮名义直径40mm，叶轮长度260。电机输入功率15W11。6.4制冷剂充满量的计算对于小型空调器而言，由于没有贮液器，故系统内制冷剂的充满量对制冷机的经济、安全运行起着重要作用。充满量少，蒸发量减少，吸气压力降低，蒸发器出口制冷剂过热度增加，影响压缩机的使用寿命，充灌量过多，不仅蒸发器内积液过多，致使蒸发器压力升高，转热温差减小，严重时甚至会产生压缩机的液击现象，而且会使冷凝器内冷凝后的制冷剂液体不能及时排出，使冷凝器的有效传热面积减小，导致冷凝压力升高，压缩机耗功增加，。由此可知，在一定工况下，系统内存在一个最佳充满量问题61112。据文献[6]P331介绍，对制冷剂为R22的小型空冷式空调器而言，系统的制冷剂冲注量可用下式估算：0.5334V0.2247VK式中，G—系统制冷剂充灌量，单位㎏V—蒸发器容积，单位LHV—冷凝器容积，单位L由前面计算可得，蒸发器的总传热管长为9.9m冷凝器的总传热管长为16.5m考虑到弯管等其他因素，故取蒸发器，冷凝器的总传热管长为13m和20m，则各自容积为 Vd2L0.092130L0.83L H 4iH 4 Vd2L0.092200L1.28L K 4iK 4所以，制冷剂充灌量为G0.53340.830.22471.28kg0.73kg6.5热泵空调器热力经济性指标核算通过制冷压缩机的性能系数COP和性能比EER这两个指标来评价压缩机能量消耗方面的先进性。热泵空调器在制冷和制热运行时的热力经济性分别为能效比EER和性能系数COP13本设计中的制冷量为Q2600W,制热量为Q3600W，根据文献[11] 0 1表3的要求，EER2.3，COP2.3才能符合要求。具体算法如下：能效比EER制冷量QEER 0 有效输入功率N0式中，Q—房间空调器的制冷量0—房间空调器总输入功率02600EER4.5＞2.3,符合要求45010030性能系数COP制热量QCOP 1 有效输入功率N1式中，Q—房间空调器制冷量1—房间空调总输入功率13600COP2.4＞2.3符合要求1380100306.6管路及辅助设备的选择在空调器的制冷系统中，除了前面所设计的压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器、离心风机和轴流（或贯流）风机外，还有干燥器、气液分离器、电磁阀等辅助设备。每个设备之间通过管道相连，构成一个封闭的系统。所以对空调器来说每个设备的选择都是有规定的。6.6.1管路系统选型管路的设计应合理选择管材、管径，尽量的缩短管线长度，来减少管路阻力损失，防止制冷剂产生“闪气”现象1314。根据已知条件（冷凝温度、蒸发温度、制冷量、管道当量长度、允许药理损失和制冷剂类型）直接从有关图标中查出管道内经和管内制冷剂流速。常用紫铜管的规格见表5-4.制冷剂管道管径的配置也可根据各设备的进、出口口径的大小适当选配。表5-4规格规格壁厚（mm）净断面积（2cm）每米长外表面积（㎡）6×0.50.50.1960.01896×0.750.750.1596×110.1258×0.50.50.3850.02528×0.750.750.3328×110.28210×0.50.50.6360.013410×0.750.750.56710×110.50512×0.750.750.8660.037812×110.7356.6.2干燥过滤器选型干燥器被装在节流机构前的液体管路上，用来吸附制冷剂中所含的水分17。6.6.3气液分离器选型在热泵式空调器中，为了防止压缩机发生液击现象，在压缩机入口处都装有气液分离器。选用管道型气液分离器17。，第七章设计成果7.1压缩机选用的是西安安庆压缩机厂生产的空调用YZ-23全封闭滚动转子式压缩机。相关参数如下：名义制冷量：2740W电机输出功率：750W电源：50HZ~220V额定电流：6.5A电机类型：属电容运转型（PSC）质量：13.4kg7