制冷课程设计完整版.docx

重庆大学课课设计报告制冷课程设计目录1.制冷循环热力计算- 1 -1.1设计要求- 1 -1.2热力设计计算- 1 -1.2.1制冷循环计算- 2 -1.2.2 供热循环计算- 3 -2.压缩机的选择- 4 -2.1压缩机型号的选择- 4 -3.蒸发、冷凝器的选择计算- 5 -3.1室内机- 5 -3.2室外机- 9 -4.制冷工艺管路及阀件- 14 -4.1管路设计- 14 -4.2节流阀- 16 -4.3截止阀手动膨胀阀- 17 -4.4浮球阀- 17 -4.5热力膨胀阀- 17 -4.6电磁四通阀- 18 -5其它辅助设备- 18 -5.1贮液罐- 18 -5.2气液分离器- 18 -5.3过滤器- 18 -5.4干燥器- 18 -5.5油分离器- 18 -5.6集油器- 18 -5.8不凝性气体分离器- 18 -6附图- 20 -7参考文献- 25 -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（不采用电辅助加热）。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。(6).已知：额定冷量：3841w；制冷剂：R290。额定工况：a.制冷 环境温度：th=35室温：tl=27取：蒸发温度就是t0=5 （风温27）制冷温度=蒸发温度 冷凝温度：tk=46过冷度5过热度 5b.供热 环境温度：th=2 室温： tl=20取：蒸发温度t0=-5，要保证达到制热量冷凝温度： tk=46（风温 35）过冷度5过热度 5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。1.2热力设计计算 冷暖房间空调可以在夏天制冷又可以在冬天供热，夏天制冷时空调通过逆循环将房间的热量带到室外，而冬天供热时同样是通过逆循环将室外的热量带入到房间，这种转换通过四通阀来实现。322s40 1图1.1压力比焓图1.2.1制冷循环计算取：i=0.90=0.90点号p/mpt/h/(kJ/kg)v/(m3/kg)00.54745578.8910.547410587.8880.08588821.566354.921638.15131.566341307.80040.54745307.800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/v1=271.19/0.08588=3157.49kJ/m3（3） 理论比功 w=h2-h1=638.151-587.888=50.263kJ/kg（4） 指示比功 wi=w/i=50.263/0.90=55.85kJ/kg（5） 冷凝器入口的制冷剂比焓值：h2s=wi+h1=55.85+587.888=643.735kJ/kg （6） 性能系数理论值：COP=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=14.2*10-3Kg/s（9） 实际输气量与理论输气量qvs=qm*v1=14.2*10-3*0.085888=1.21961*10-3m3/sqvh=qvs/=1.21961*10-3/0.90=1.36*10-3m3/s（10）压缩机消耗的理论功率和指示功率P=qm*w=14.2*10-3*50.263=712wPi=P/i=0.712/0.90=0.791KW（11）冷凝器热负荷Qk=qm*qk=14.2*10-3*335.94=4770w（12）热力学完善度COPc=TL/（Th-Tl）= (273+5)/(46-5)=6.78指示循环效率为：=COPi/COP=4.86/6.78=0.731.2.2供热循环计算取：i=0.90=0.90点号p/mpt/h/(kJ/kg)v/(m3/kg)00.4029-5567.3610.40290576.6870.11537721.566356.505641.85431.566341307.80040.4029-5307.800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/i=65.167/0.90=74.50kJ/kg（4） 室内冷凝器入口焓值h2s=wi+h1=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=345.55/65.167=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*10-3=4846w（8）实际输气量与理论输气量qvs=qm*v1=14.2*10-3*0.115377=1.64*10-3m3/sqvh=qvs/=1.639*10-3/0.90=1.82*10-3m3/s（9）压缩机消耗的理论功率和指示功率P=qm*w=14.2*10-3*65.167=0.92537kwPi= P/i=0.92537/0.9=1.03kw（10）室外蒸发器热负荷 Q0=qm*qo=14.2*10-3*259.56=3685.8w（11）热力学完善度COPc=TL/（Th-Tl）=(273+46)/(46+5)=6.255指示循环效率为 =COPi/COP=4.65/6.255=0.752.压缩机的选择2.1压缩机型号的选择选择1台DSF340V1UFT压缩机。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mm34.0572013159.812.94.35325表2.1该机属于螺杆式压缩机，额定制冷量为5720W，功率1315W；压缩机高度为325mm，排量为34cm3，排气管内径9.8mm，回气管内径12.9mm；能效比为4.35。3.蒸发、冷凝器的选择计算3.1室内机已知：（1）.（制冷）蒸发器热负荷 Q=3841w（2）.（制冷）进口空气干球温度ta1=27湿球温度ts1=19（3）.（制冷）出口空气干球温度ta2=17.5 湿球温度ts2=14.6a.选定蒸发器的结构参数选择d10mm*0.7mm的紫铜管，翅片选用厚为&=0.2mm的铝套片，热导率为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s1=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s2 S1S2s2=s1cos30=25mm*0.866=21.65mm(3).沿气流方向套片的长度LL=4*s2=4*21.65=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*1=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：翅片管肋化系数 =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=(27+17.5)/2=22.25空气在此温度下的物性：a=1.1966kg/m3，cpa=1005J/(kg*k)，Pra=0.7026，va=15.88*10-6m2/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*Red(-0.4)*z(-0.15)=0.00852h0=j*a*Umax*cpa/ Pra(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hd图可知h1=55.6kj/kg，h2=40.7kj/kg，d1=11.1g/kg，d2=9.2g/kgh/(kj/kg)1tal=27=0.1tm 2 ta2=17.5 t0=5d/(g/kg)图3.1(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=9，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图上按过程线与hm=47.1kj/kg线的交点读得tm=21.4，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(f*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温度是t0=5，R290在t0=5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:l=518.135kg/m3，饱和蒸汽的密度:g=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l=0.062534*10-3，液体的热导率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)=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=qm/3600*qi=51.00/3600*85=1.67*10-4m2(3).每根管子的有效流通截面面积 Ai Ai=3.14*di*di/4=5.8*10-5m2(4).蒸发器的分路数 Z Z=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的管内实际质量流速为 GiGi=qm,d/3600*Ai=17kg/h /3600*5.8*10-5=81.42kg/(m2*s)于是B0=qi/G*r=11.8/81.42*366.37=3.96*10-4C0=(1-x”)/x”0.8*(g/l)0.5=0.0993Frl= Gi *Gi/l*l*g*d=0.293Rel=Gi(1-x”)di/l=81.42*(1-0.63)*0.0086/(0.062534*10-3)=4143hl=0.023* (Rel0.8)*(Prl0.4)( l/di)=313.1hi=hl(C1*(C2)C2*(25Frl)C5+C3(B0)C4*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）ln（ta1-t0）/(ta2-t0)=16.8i.传热系数的计算 k0 k0=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*10-3m2*k/w)j.核算假定的qi值 q0=k0*tm=16.8*52.63=884.18w/m2 qi=at*q0/ai=0.4445*884.18/0.02702=14545.5w/m2注：与假设qi=11800w/m2差距太大，再假设qi=13900w/m2有：B0=qi/G*r=13.9/81.42*366.37=4.66*10-4hi=hl(C1*(C2)C2*(25Frl)C5+C3(B0)C4*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ltlt=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 n1 n1=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 ltlt=0.72*18=12.96m(6).传热管的实际内表面传热面积为 Ai Ai=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 pp =5.986*0.00001*(qi*Gi)0.91*l/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=ay /2=3.547pa静压 p”=0.108b(amax)1.7/de=27.495pa风机采用电动机直接传动，则传动效率m=1；区风机全压效率fan=0.6,则电动机输入功率 P=qv(p+p”)/( fanm)=37.413w风机风量2603.306m /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 /h，转速为2900r/min。 3.2室外机已知：（1）.(制冷) 冷凝器热负荷Qk= 4770w（2）.（制冷）进口空气干球温度ta1=35 湿球温度ts1=24（3）.（制冷）出口空气干球温度ta2=43 湿球温度ts2=26a .选定冷凝器的结构参数选择的紫铜管，紫铜光管外径：d09.52mm铜管厚度：t0.35mm，翅片选用厚为&=0.115的铝套片，热导率为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s125.4mm，铜管竖直方向间距：S222mm，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 S1S2 (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：3.04 mm(3).铜管内径didi=d0-t8.82 mm(4). 每米每管长翅片的外表面面积afaf=2（s1s2-db*db*3.14/4）/sf0.537 m2/m(5).每米每管长翅片间的表面面积abab=3.14*db(sf-&)/sf0.0286 m2/m(6).每米管长的总外表面面积aofaof=af+ab0.56666 m2/m(7).有： 翅片管肋化系数 =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uf2.6 m/s(2).最窄截面处风速Umax=Uf*s1*sf/(s1-db)(sf-&)4.5 m/s(3).冷凝器空气入口温度为:ta135 , 取出冷凝器时的温度为：ta243确定空气物性的温度为:ta=(ta1+ta2)/239在tm39下，空气热物性：va=17.5*10-6m2/s，a=0.0264W/mK，a=1.0955kg/m3,cpa1.103kJ/(kg*)(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=50.3 W/m2K其中：=0.18520.2170.5931-0.217铜管差排的修正系数为1.1，开窗片的修正系数为1.2，则空气侧换热系数为：1.11.266.41 W/m2K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：0.01169 m=75.4 m-1翅片效率： 0.802表面效率：0.812(6).当量表面传热系数aa=a0(f*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=46，R290在t0=46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:g=35.10kg/m3，饱和液体的密度:l=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g=3.23*10-5pa*s，蒸汽的热导率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qmqm= 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*10-4m2(3).每根管子的有效流通截面面积 AiAi=3.14*di*di/4=5.3*10-5m2(4).蒸发器的分路数 Z Z=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*10-5=89.1kg/(m2*s)于是B0=qi/G*r=13.8/89.1*294.8=5.44*10-4C0=(1-x”)/x”0.8*(g/l)0.5=0.275Frl= Gi *Gi/l*l*g*d=0.45Rel=Gi(1-x”)di/l=11309hl=0.023* (Rel0.8)*(Prl0.4)( l/di)=238.1 w(m2*k)hi=hl(C1*(C2)C2*(25Frl)C5+C3(B0)C4*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）ln（ta1-tk）/(ta2-tk)=10.5i.传热系数的计算 k0 k0=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，翅片与管壁接触热阻之和为4.8*10-3m2*k/w)j.核算假定的qi值 q0=k0*tm=10.5*38.78=407.2w/m2 qi=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*10-4hi=hl(C1*(C2)C2*(25Frl)C5+C3(B0)C4*Ffl)=2529w(m2*k)k0=1/(at/ai*hi+rw+rs+at*rt/am+1/h)=40.5w/(m2*k)q0=k0*tm=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ltlt=A0/at=11.2/0.56667=19.8m(3).迎风面积AfAf=qv,a/uf=2456m3/h/2.6*3600=0.26m2取蒸发器高度B=512mm，高H=500mm则实际迎风面积为Af=0.5*0.512=0.26(4). 已选定管间距s1=25mm，故每排管数为 n1 n1=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).传热管的实际内表面传热面积为 Ai Ai=40*3.14*0.0082*0.512=0.53m2又：Ai/Ai=0.53/0.502=1.06lt/lt =20.5/19.8=1.03l.R290流动阻力及其对传热温差的影响 pp =5.986*0.00001*(qi*Gi)0.91*l/di=1780.pa=1.78kpa由于流动损失很小，仅占饱和压力的0.12%，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B=0.512m,高度H=0.5m，安装一台风机比较合适。 动压 p=ay /2=3.547pa静压 p”=0.108b(amax)1.7/de=27.495pa风机采用电动机直接传动，则传动效率m=0.98；区风机全压效率fan=0.6,则电动机输入功率 ：P=qv(p+p”)/( fanm)=374.13w风机风量2456m /h、输入功率w、风压为pa，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 /h，转速为2900r/min。4.制冷工艺管路及阀件4.1管路设计1、压缩机排气管为使润滑油和可能冷凝器下来的液态制冷剂不致流回制冷压缩机，排气管应有不小于0.001坡度，坡向油分离器和冷凝器。止回阀冷凝器压缩机A压缩机排气管2、压缩机吸气管考虑到润滑油应能从蒸发器不断流回压缩机，压缩机吸气管道应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机。0.002压缩机蒸发器給液 B、压缩机排气管3、从冷凝器至高压高压贮液器的液管 冷凝器应高于贮液器，当两者之间无平衡管时，两者的高度差应不少于300mm冷凝器2m蒸发器膨胀阀 C、管道布置 4.2节流阀制冷循环时选1根毛细管，1个单向阀；供热循环时，与制冷循环共用1主毛细管，另外再选1跟辅助毛细管。(1).（制冷）压差p=1.5663mpa-0.5474mpa=1.1089Mpa温差t=41-5=36P1=1.5663Mpa过冷度为：5选择一主毛细管，一单向阀由上查图可知标准毛细管流量为：Ma=9kg/h制冷剂流量：Mr=51.12kg/h故：=Mr/Ma=51.12/9=5.68由=L/di，取=200、内径di=2.8mm有：L=* di=0.56m4.3截止阀手动膨胀阀截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿阀座的中心线作直线运动。阀杆的运动形式，也有升降旋转杆式，（通用名称：明杆）截止阀是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。 根据阀瓣的这种移动形式，阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。因此，这种类型的截流截止阀阀门非常适合作为切断或调节以及节流用。4.4浮球阀选择F745(750X)BFH103X活塞式遥控浮球阀。F745X隔膜式遥控浮球阀是兼具多种功能的水力操作式阀门。主要安装于水池或高架水塔的进水口处，当水位达到设定的高度时，主阀由浮球导阀控制关闭进水口停止供水；当水位下降后，主阀由浮球导阀控制打开进水口向水池注水，实现自动补水。液位控制精确，不受水压干扰；隔膜式遥控浮球阀可随水池的高度及使用空间任意位置安装、维护、调试、检查方便，使用寿命长。隔膜式阀门性能可靠、强度高、动作平稳。关闭严密可靠，阀体采用流线型设计，流体阻力小，流量大；使用维护方便，主阀安装在水池外面，调试检验方便，维修简单。4.5热