冰柜冰箱设计计算书

冰柜设计计算书学院：能源与环境学院专业：热能与动力工程系班级：热能103班姓名：学号：目录整体计算流程图 -2-1冰柜的总体布置 -3-2冰柜热负荷计算 -3-2.1箱体漏热量 -3-2.2开门漏热量 -4-2.3储物热量 -5-2.4其它热量 -5-2.5总热负荷 -5-3箱体绝热层厚度校核 -5-4制冷系统热力计算 -6-4.1制冷系统额定工况 -6-4.2热物性参数列表 -6-4.3循环各性能指标计算 -8-5压缩机选型及热力计算 -8-5.1压缩机参数计算 -8-5.2压缩机选用 -11-5.3压缩机工作系数校核 -11-5.4冰柜耗电量预算 -11-6翅片管式冷凝器设计计算 -11-6.1有关温度参数及冷凝热负荷拟定 -11-6.2翅片管簇构造参数选择及计算 -12-6.3传热计算 -13-6.4冷凝器外形尺寸拟定 -14-6.5风机的选择计算 -15-7蒸发器的设计 -15-7.1冰柜蒸发器设计计算 -15-7.2制冷剂在管内的表面传热系数 -15-7.3管板式蒸发器空气表面传热系数 -16-7.4冷冻室蒸发器蒸发面积拟定 -18-8毛细管的计算及选型 -18-8.1毛细管的长度计算 -18-8.2毛细管校核 -19-9制冷剂的充注 -19-9.1按额定工况法计算 -19-9.2制冷剂充注量校核 -20-10成果 -21-11总结 -22-参考文献 -23-附图一 -24-外观尺寸图 -24-附图二 -25-控制电路图 -25-整体计算流程图1冰柜的总体布置根据所提出的任务给出设计条件:使用环境条件:冰柜周边环境温度ta=32℃,相对湿度ψ=75±5％箱内温度:不高于-18℃.箱内有效容积:302.5L制冷系统为单级蒸汽压缩式制冷系统,冷却方式采用直冷式,蒸发器采用暗盘管(类似于板管式),冷凝器采用翅片管式冷凝器,采用毛细管作为节流元件.制冷系统图见附件箱体构造:外形尺寸1200mm×670mm×950mm(宽×深×高)。绝热层用聚氨酯发泡，其厚度根据理论计算和冰箱厂的实践经验选用，其值如表1-1，箱体构造见附图。表1-1箱面门体侧面底面冷冻室70601006）润滑油选用合成聚酯油作为系统润滑油7）干燥过滤器选用由课本有关R134a系统干燥过滤器的经验，选用XH7型干燥过滤器2冰柜热负荷计算冰柜热负荷在冰柜设计中是一种重要参数，它与冰柜的箱体构造、冰柜的内容积，箱体绝热层的厚度和绝热材料的优劣等因素有关。热负荷涉及：箱体漏热量Q1、开门漏热量Q2、贮物热量Q3和其它热量Q4。即Q=Q1+Q2+Q3+Q42.1箱体漏热量箱体漏热量Q1箱体漏热量涉及，通过箱体隔热层的漏热量Qa，通过箱门和门封条的漏热量Qb，通过箱体构造形成热桥的漏热量Qc。即Q1=Qa+Qb+Qc（1）箱体隔热层的漏热量Qa，由于箱体外壳钢板很薄，而其热导率λ值很大，因此热阻很小，可无视不计。内壳多用ABS或HIPS塑料板真空成形，最薄的四周部位只有1.0mm。塑料热阻较大，可将其厚度一起计入隔热层，因此箱体的传热可视为单层平壁的传热过程。即Qa=KA(t1-t2)式中A箱体外表面积，单位为m2。传热系数K(单位为W／(m2·K))为式中α1——箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W／(m2·K)；α2——内箱壁表面对箱内空气的表面传热系数，单位为W／(m2·K)；δ——隔热层厚度，单位为m；λ——隔热材料的热导率，单位为W／(m·K)。在进行箱体隔热层捕热量计算时，要注意到冷冻室和冷藏室的隔热层厚度是不同的，应采用分段计算相加后的Qa值。另外，采用壁板盘管式冷凝器的冰柜，箱体后壁面的表面温度近似取为冷凝温度tk，也需另外计算该部分漏热量。（2）通过箱门与门封条进入的漏热量Qb由于Qb值很难用计算法计算，普通根据经验数据给出，可取Qb为Qa的15％值。（3）箱体构造部件的漏热量Qc箱体内外壳体之间支撑办法不同，Qc值也不同，因此同样也不易通过公式计算。普通可取Qc值为Qa值的3％左右。现在采用聚氨酯发泡成型隔热构造的箱体，无支撑架形成的冷桥，因此Qc值可不计算。2.2开门漏热量开门漏热量Q2根据家用冰箱使用状况，近似取开门次数每小时1次，假定每次开门箱内空气全部被置换成箱外空气，则开门漏热量Q2可按下式计算式中VB—电冰箱内容积，单位为m3n—开门次数;Δh—进入箱体空气达成规定温度时的比焓差，单位为kJ/kgva—空气的比体积，单位为m3/kg由各值计算的=9.9666W2.3储物热量储物热量冰柜的储物热量无明确规定的原则，普通按电冰箱原则的“制冰能力”项提出的“以电冰箱的内容积0.5％的25℃水，在2h内结成实冰”的规定进行计算。实冰的具体温度按-2℃至-5℃取值。储物热量Q3按下式计算式中m—水的质量，单位kgc—水的比热容，c=4.19kJ/(kg·K)r—水的凝固热（冰的融解热），r=333kJ/kgcb—冰的比热容，cb=2kJ/(kg·K)t1t2—水的初始温度和冻结终了温度，单位为℃计算得=92.798W2.4其它热量其它热量Q4这里所说的其它热量，是指多种加热器、冷却电扇电机的散发热量，可将其电耗功率折算热量计入。另外，还要考虑开门时漏入的热量，因此，在冰柜箱体热负荷计算时，为了安全起见普通还增加10~15%的余度，即以1.1~1.15Q的热负荷进行设计。2.5总热负荷总热负荷QQ=Q1+Q2+Q3+Q4=175.034W3箱体绝热层厚度校核设计箱体绝热层时，预先参考国内外冰箱的有关资料设定其厚度，并计算出箱体表面温度。如果箱体表面温度tw低于露点温度，则会在箱体表面上产生凝露现象，因此箱体表面温度tw必须高于露点温度td，最低程度tw>0.2℃+td在达成稳定传热状态后的表面温度tw能够由下式计算：=30.476℃>27℃式中tw—箱体外表面温度，单位为℃t1—箱外空气温度，单位为℃t2—箱内空气温度，单位为℃α0—箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W/(m2·K)K—传热系数，单位为W/(m2·K)查设计气候条件下冰箱的露点温度为27℃，计算以下式所示=30.476℃>27℃因此箱体厚度适宜4制冷系统热力计算4.1制冷系统额定工况表2-1制冷系统的额定工况工况参数冷凝温度蒸发温度回气温度过冷温度设计例值54.4-2532（80）17参数来源环境温度加上冷凝传热温差冷冻室温度减去传热温差蒸气进入压缩机壳体前状态，括号值为实际吸入气缸前的过热蒸气环境温度减去过冷度4.2热物性参数列表根据设计冰柜拟定的工况和选用的制冷剂，运用压焓图或热力性质表或计算公式求取有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积，将各参数列于表2-2中，制冷系统压焓图如图2-1。图2-1冰柜制冷系统压焓图表2-2热物性参数列表（工质R134a）参数列表符号单位参数来源设计值冷凝压力1.4644蒸发压力0.1064出蒸发器时饱和蒸气比焓383.45进压缩机前过热蒸气比焓430.43进压缩机前过热蒸气比体积0.229进气缸前过热蒸气比焓473.62进气缸前过热蒸气比体积0.267排出过热蒸气温度℃181.99冷凝温度下饱和蒸气比焓424.91排出过热蒸气比焓值592.17制冷剂过冷至32℃时比焓244.59毛细管节流前液体比焓（17℃）223.38蒸发器入口制冷剂比焓223.38定熵压缩蒸气比焓值（32℃）500.63定熵压缩蒸气比焓值（80℃）556.014.3循环各性能指标计算（1）单位制冷量（2）单位体积制冷量（3）单位等熵压缩功（4）制冷系数（5）单位冷凝热量（6）制冷剂循环量式中Q冰柜的总热负荷值。（7）冷凝器热负荷（8）压缩机实际吸入过热蒸气量5压缩机选型及热力计算压缩机选型除采用用热力计算办法外。首先求出设计工况的输气系数，并计算出压缩机的理论输气量、压缩机的制冷量、压缩机的输入功率，再查有关冰柜压缩机的规格参数表，最后选用压缩机。所选用压缩机的制冷量必须等于或略不不大于设计值，其理论输气量和输入功率也要同时满足设计的规定。5.1压缩机参数计算设计工况参数如表2-2所示。其输气系数、压力系数、温度系数和a泄露系数的乘积。容积系数其中相对余隙容积C取0.025，膨胀系数m取1，冷凝压力取1469.6kPa，蒸发压力取115.15kPa，排气压力损失为0.1，则容积系数=0.6465压力系数其中进入阀的压力损失=0.05，其它取值同容积系数，则压力系数=0.921温度系数系数a取1.15，b取0.25，回气热力学温度取353K，冷凝热力学温度取327.4K，蒸发温度取-25℃压缩机吸入前过热度=105K=0.876（4）泄露系数泄露系数取0.99输气系数为=0.6465×0.921×0.8765×0.99=0.5165理论输气量=1.746m3/h压缩机的制冷量=698.74×1.746×0.5165=175W理论绝热功率批示功率式中—批示功率，能够用下面的公式计算：=0.695上式中的为采用摄氏温度为单位的蒸发温度，系数b凭经验选用。则批示功率76.75/0.695=110.431W摩擦功率摩擦功率按下式计算：其中为平均摩擦压力，取0.65MPa，为1.12，则摩擦功率=30.9W压缩机的轴功率=110.431+30.9=141.33W电功率和电机效率取=0.82，则=141.33/0.82=172.36W5.2压缩机选用根据以上求取的压缩机理论输气量、压缩机制冷量、电功率等参数，参考按R134a制冷工质设计的压缩机有关规格参数表，根据《资料1》现选择意大利生产的低回压R134a冰柜压缩机，型号为E1118CZA,额定制冷量182W，功率消耗为183.75W，气缸容积为7.2cm3，尺寸高为151mm、宽140mm、长220mm，压缩机名义工况下的质量流量0.001137kg/s,冷凝器热负荷395.1989W5.3压缩机工作系数校核冰柜箱体漏热量为56.4w，压缩机额定制冷量为182W，工作系数为满足压缩机工作系数30%-35%的规定。5.4冰柜耗电量预算选定压缩机后来，即能够根据压缩机的耗电量预算冰柜的耗电量。压缩机功率W计算公式以下：W压缩机耗电量P计算：W=1.36kW.h/24h即压缩机耗电量为1.36度/天。6翅片管式冷凝器设计计算6.1有关温度参数及冷凝热负荷拟定各有关温度参数取值见下表对数平均温差℃=16.9℃由压缩机选型可知，冷凝器热负荷395.1989W项目目参数值/℃项目目参数值/℃冷凝温度54.4进出口空气温差10进口空气干球温度32出口空气干球温度426.2翅片管簇构造参数选择及计算选择的紫铜管为传热管，选用的翅片是厚度的波纹形整张铝制套片。取翅片节距,迎风面上管中心距：,管簇排列采用正三角形叉排。每米管长各有关传热面积分别为==0.4765=0.0303=0.5068=0.0295取本地大气压=98.07kPa，由空气(干空气)热物理性质表(表3-2)，查得在空气平均温度℃条件下，=1005J/(kg·k)、=0.02733、=在进风温度℃条件下=1.1576。冷凝器所需空气体积流量=选用迎面风速1.0m/s则迎风面积=取冷凝器迎风面宽度即有效单管长0.184m,则冷凝器的迎风面高度=迎风面上管排数排=7排6.3传热计算拟定所需传热面积、翅片管总长L及空气流遗方向上的管排数n采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气侧传热系数由式(3-10)乘以1.1再乘以1.2计算.预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n=3,则翅片宽度=微元最窄截面的当量直径=最窄截面风速=由于==查《小型制冷装置》课本表3-18和表3-19，用插值法求得=0.201、n=0.582，c=1.24、m=-0.24,则空气侧表面传热系数查《小型制冷装置》课本表3-1，R134a在=54.4℃物性集合系数B=1381.472，氟利昂在管内凝结的表面传热系数由式(3-17)计算翅片相称高度由课本式(3-15)计算：=取铝片热导率,由课本式(3-14)计算翅片参数m,即由式(3-13)计算翅片效率表面效率由式(3-12)计算无视各有关污垢热阻及接触热阻的影响，则,将计算所得有关备值代人上等式即解上式得=49.8℃,则R134a在管内的凝结表面传热系数取管壁与翅片间接触热阻、空气侧尘埃垢层热阻、紫铜管热导率,由式(3-21)计算冷凝器的总传热系数.6.4冷凝器外形尺寸拟定冷凝器的所需传热面积所需有效翅片管总长空气流通方向上的管排数排=1.78排取整数n=2排，与空气侧表面传热系数时预计的空气流通方向上的管排数相符。这样，冷凝群的实际有效总管长为2.208m,实际传热面积为1.119，较传热计算所需传热面积大，能满足冷凝负荷的传热规定。另外，冷凝器的实际迎面风速与所取迎面风速相一致。6.5风机的选择计算由于冷凝器的迎风面宽度=0.168m、高度H=0.1684m，安装1个小电扇比较适宜.动压静压风机采用电动机直接传动，则传动效率=1;取风机全压效率=0.6，则电动机输入功率7蒸发器的设计7.1冰柜蒸发器设计计算冷冻室蒸发器的热负荷为175W，蒸发温度为-25℃，冷冻室温度为-18℃。采用管板式蒸发器。7.2制冷剂在管内的表面传热系数制冷剂在管内的表面传热系数管内表面传热系数（当制冷剂工质为R134a时）可按下式计算：式中—每根管内制冷剂的流量，单位为g—制冷剂的质量流量，单位为B—与制冷剂种类和蒸发温度有关的系数，时，制冷剂R134a的B值为0.95—热流量，单位为—蒸发器管内径，单位为mm，=8mm制冷剂在管内的温度，而冷冻室内平均温度。制冷剂在管内的热流量可按下式计算=263.88W/m2式中—冷冻室热负荷，单位为WL—冷冻室绕管长度，对于本设计书中的绕管取5圈，则制冷剂的循环量为，化为质量流量制冷剂为R134a时，在管内沸腾的表面传热系数为W/(m2·K)根据报导，R134a制冷剂在管呢沸腾的表面传热系数比R12高35%-45%，现取40%,则139.81×1.4=195.734W/(m2·K)7.3管板式蒸发器空气表面传热系数管板式蒸发器空气表面传热系数管板式蒸发器空气侧表面传热系数可用自然对流公式计算式中A—对于多排管，为沿高度方向管排数的修正系数，选蒸发器冷却排管为8圈，查表可得—冷冻室空气的平均温度为-18℃—板管式蒸发器管内R134a的蒸发温度为-25℃：—管外径，单位为mm，=9mm。侧板管式蒸发器空气侧表面传热系数=10.139W/(m2·K)在冷却塔排管外表面对空气的换热过程中，自然对流的表面传热系数较小（普通在下列），因此辐射换热相对来说不可无视。空气侧的表面辐射换热可按下式计算式中—冷冻室空气平均温度（单位为K），=273-18=255K；—蒸发器管子的表面温度，由于蒸发器管的管壁很薄，则内外表面温差不大。管子外表面温度可视为与蒸发器管内R134a蒸发温度相似，=（273-25）K=248K。C—辐射系数，对于结霜表面取。则空气侧的辐射传热系数为W/(m2·K)综累计算空气侧的表面传热系数必须同时考虑对流和辐射，计算公式以下式中—空气侧的表面传热系数和辐射传热系数，单位为；—曝光系数，对于平板可取为1.0；—析湿系数。析湿系数可按第4章介绍的办法计算，也可参考已有产品之数据拟定，此处按参考产品之数据拟定，取因此空气侧的传热系数=3.475×1.4+10.139×1.0=17.67W/(m2·K)7.4冷冻室蒸发器蒸发面积拟定冷冻室蒸发器管内表面传热系数，空气侧表面传热系数。由于空气侧表面系数远不大于管内制冷剂侧的传热系数，因此传热系数的计算可简化为：式中—考虑管内热阻和管外霜层热阻的修正系数。根据实验。—翅片管的表面效率。取0.98.代入数据计算，得：0.9×0.98×17.67=15.59W/(m2·K)冰柜蒸发器的传热面积冷冻室热负荷为175W，蒸发温度为-25℃，冷冻室内温度为-18℃，则由下式计算冷冻室蒸发器的传热面积：=1.60m2（2）冰柜蒸发器的实际传热面积冷柜总体布置中所设计的冷冻室内传热面的长度为1100mm，深度为550mm，高度为500mm，故实际设计的传热面积m2根据以上计算，冷冻室传热面积的实际设计值不不大于冷冻室蒸发器传热面积的计算值，满足设计规定。8毛细管的计算及选型8.1毛细管的长度计算用公式（6-14）（《小型制冷装置设计指导》，P245）计算。制冷剂R134a的压力差，查制冷剂在饱和状态下的热力性质表，发现温度对液体比体积的影响不大，本设计所取温度为冷凝温度和蒸发温度的平均值，即，查得液体比体积，蒸汽比体积，凭经验取干度x=0.1，则平均比体积其密度14.7℃下液体粘度，气体粘度，则平均粘度。已知制冷工质循环量，选用内径0.7mm的毛细管，则制冷剂的流速雷诺数值为则毛细管长度8.2毛细管校核根据课程设计资料2定型校核按照数据表中给出的实验数据进行毛细管的选型。压缩机制冷量为183W，冷凝温度54.4℃，蒸发温度-25℃.用插值法能够查出在45℃时候的毛细管长度为1.5m，冷凝温度每上升一度，毛细管长度增加2%。因此在冷凝温度为54.4℃时，毛细管长度为1.5*1.02*9=1.77m,与计算成果相符，阐明计算无误。9制冷剂的充注9.1按额定工况法计算根据给定工况在R12制冷剂压焓图和热力性质表中查所需参数。=-25℃时液体密度、蒸汽密度时液体密度、蒸汽密度蒸发器入口干度，出口干度，平均干度x=0.7.因此蒸发器内饱和液体平均容积的30％，干蒸汽占70％。冷凝器内液体按经验取15％，干蒸汽占85％。求制冷剂最佳充注量：蒸发器内液体量：蒸发器内干蒸汽量：冷凝器内液体量：冷凝器内干蒸汽量：总计：冰柜制冷系统如用R134a替代R12时，其最佳充注量将减少。在不变化系统部件的状况下，制冷剂的充注量将减少10％左右。因此R134a的制冷剂充注量为401.93*0.9=361.25g9.2制冷剂充注量校核按照资料1中给出的制冷剂充注计算办法进行计算。有关参数介绍：滑动比蒸发器中的制冷剂平均密度可按下式计算=0.059kg/L—滑动比—蒸发温度气体比体积—蒸发温度液体比体积—蒸发器进口干度—蒸发器出口干度由此能够计算出蒸发器内的制冷剂量=40.5g冷凝器的计算则要分为过热段、冷凝段、过冷段三段来计算，这里假定其各段容积比率以下：过热段=12%、冷凝段=78%、过冷段=10%。过热段密度按冷凝温度饱和气体密度值计算，=0.0749kg/L冷凝段密度按下式计算：=1.0178kg/L式中：—滑动比—蒸汽密度—液体密度过冷段密度按冷凝温度下的液体密度计算：==1.081kg/L冷凝器中制冷剂质量：=162.15g总的制冷剂充注量为：m=+=202.64g10成果型号冷冻

（L）输入

（W）耗电量

（kW/h·24h）冷冻能力

（kg/24h）能效指数

（%）BD-300300183.751.36—80.78制冷剂充注量（g）冷凝器

（管径mm×壁厚mm）干燥过滤器型号毛细管

（管径mm×管长mm）蒸发器

（管径mm×壁厚mm）R134a360Φ10×0.3XH7Φ0.7×179Φ8×0.5压缩机型号COP制冷量

（W）吸气管排气管外形尺寸

（mm×mm×mm）E1118CZA0.97182Φ6.1Φ4.91