冷风机的三维设计毕业设计.doc

郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计摘 要本论文主要介绍了冷风机的应用及其设计方法，开篇介绍了冷风机的应用及其发展情况，阐述了冷风机的基本工作原理，构造，特点，以及冷风机所特有的一些优缺点，讨论了三维设计方法的产生、发展及其在冷风机设计中的应用。简要地介绍了冷风机的主要选型方法，给出了本课题需要完成的任务。之后介绍了冷风机设计计算的相关内容，给出了冷风机设计计算和校核的具体步骤，并针对一个特定的工况进行了设计计算和校核，最后简单介绍了一些常用的三维设计软件，并重点叙述了pro/e软件的特点、发展及入门知识，并以举例说明了pro/e三维绘图的基本步骤，并最终绘制出冷风机的三维图形。通过这个设计过程可以看出，与传统的设计方法相比较，三维设计直观方便，大大减轻了手工设计时的工作量和出错率，节省了设计时间，提高了设计效率和准确性。关键词：冷风机；三维设计；pro/e制图abstract this paper mainly introduced the application of air cooler and its design method, at the beginning of the paper, it introduced the application of air cooler and its development ,including its basic principle ,structure ,characteristic ,and some peculiar advantages and disadvantages. the article discussed the production, development of the 3d design method and its application in the air cooler design. the paper briefly introduced the main method to select the air cooler, and give the task that needs to be finished of the subject. then it introduced the related knowledge on the design calculation of the air cooler, and gave the specific steps of the air cooler design calculation and check ,and design calculation and check for a specific operation, at last the paper briefly introduced some common used 3d design software ,and mainly described the characteristics ,development and the abc knowledge of the pro/e ,and illustrate the basic steps of pro/e 3d drawing .according to this design process ,we can see compared to traditional design methods ,3d design is more intuitive and convenient ,it largely reduced the workload and error rate in manual design ,saved the design time and improved the efficiency and accuracy of the design.keywords: air cooler; 3d design; the pro/e mapping 43郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计第一章 前言1.1选题的背景和意义 冷风机是一种很常见的制冷装置，从它出现到现在已经经历了几十年的发展，最初的冷风机主要是用于石油化工行业的空气冷却装置，现在已经广泛的应用于社会生活的各个方面。 冷风机是通过机内压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器中制冷剂的循环来产生冷量，通过蒸发器内低温制冷剂与空气间的热交换将冷量传递给给空气，使空气温度下降，并通过风机将冷空气吹入需要制冷的地方1。由冷风机的制冷原理不难看出，冷风机具有许多诸如空调等其它制冷设备所不具有的优良性能，比如，可以节省工业用水，减少污染，适用于需要通风保鲜的场合，尤其是食品储存方面，这也使得它在许多领域具有不可或缺的低位。 冷风机主要用于食品行业中的肉食、家禽、水产品、果蔬、蛋奶、冷饮制品的冷却加工和冷冻储藏，啤酒、白酒等各种酒类和各种饮料的冷却冷藏，另外还能满足化工、制药行业、机械、电子、水电等行业工艺性冷却加工原料和场所的冷却需要，可以说它存在于社会生活的各个领域中。 由于冷风机设计参数对其运行的安全性和运行效率的影响都很大，而冷风机的制冷剂在循环过程中不断发生相变，使得其整个制冷循环的各项参数变动较大。使用传统的设计方法很难快速、准确的确定出符合要求设计参数，这就必然会增长设计周期、提高设计成本，需要较高的人力和物力投入2。而随着计算机技术的不断提高，计算机图形学、计算机虚拟技术、计算机多媒体技术的深入发展，计算机辅助设计应运而生。尤其是近几年来，计算机辅助设计由二维逐渐向三位发展，利用计算机可以完整的模拟出我们想要设计的东西，包括外形、形态、结构等多方面，可以模拟出接近真实的场景尺度模型，制作出几乎可以以假乱真的工程、实物效果图，同时利用动画技术模拟出运行的动态过程，能够更直观的看到设计的最终效果3。这些手段可以大大的提高设计师的设计水平和设计速度，降低设计投入。基于以上两点，随着三维设计软件的不断成熟，冷风机的设计也逐步步入三位参数化设计时代，即冷风机的三维设计，三维软件的使用使得制冷循环的设计更加直观，大大增加了设计的精确度，降低了工作量提高了工作质量。1.2冷风机的选型冷风机作为生产生活中重要的制冷设备之一，具有结构紧凑、传热效果好、占用面积少、节省材料、应用范围广等优点。冷风机的性能好坏直接影响到整个制冷系统性能的优劣，而它的性能是由其本身的结构参数和运行工况所决定的。作为工程设计人员，在了解冷风机的结构设计的前提条件下，必需正确掌握冷风机选型方法，以满足工程设计使用要求。关于选型问题，需要注意一下几点4-6。1. 了解冷风机的设计：冷风机的设计包括结构设计和热工计算。结构设计包括确定管径、管子排布方式（顺排、叉排）、翅片片形、片距、制冷剂单程当量管长等；热工计算主要包括确定风量、换热面积、蒸发温度以及换热温差，以及不同运行工况下的冷量等。工程设计中，由于厂家生产的冷风机其结构设计固定，因此我们只需对其热工计算校对，确保能达到设计要求。2. 注意冷风机在使用温度的限制：使用温度的高度不仅影响冷风机内蒸发温度的高低，并与其传热系数成正比。同时，在某一蒸发温度下，由于冷风机蒸发盘管每通路的内径、管长是受压降限制的，冷风机的制冷能力是有上下限的，选择时必须校核所需冷量是否在允许的范围内，特别是在较低温度环境更应注意。3. 温差的选择：温差是冷风机热交换的动力，长采用对数平均温差。温差大，热交换强烈，在一定温差范围内，传热系数随温差的增大而显著提高，但当温差增大到一定程度，传热系数的变化就不明显了。既要考虑提高制冷剂效率、节省能源，又要考虑降低投资、减低运行费用，需要通过一定的经济技术分析予以确定。4. 结霜工况：当冷风机在0及其以上条件工作，冷风机蒸发盘管外表面因析湿而引起热、质交换，使传热系数增加。当冷风机在0及其以下条件工作，蒸发盘管外表面发生结霜现象。并随着时间推移，霜层的不断增厚，霜的密度和导热系数在结霜过程中不断变化。当空气温度和霜层厚度一定时，翅片温度的变化随相对湿度的增大而增大；相对湿度一定时，霜层越厚，翅片温度的变化所受的影响越小。翅片效率与霜层厚度有关，与相对湿度无关，霜层越厚，翅片效率越高，但霜层越厚，制冷量越小。因此考虑到结霜工况，应设计成变片距，这样可以延长冷风机的除霜周期，节约能源，因为冷风机的结霜厚度沿风向是逐渐减薄的。同时，翅片片距的选中，考虑结霜工况运行，片距应取大一些。5. 冷风机所配风机风量的校核：冷风机所配风机是按其标准工况下的风量、风压来选配的。只有风机运行在这样的工况下，才能使冷风机发挥其设计性能。因此当选用冷风机时，除了确定冷却面积外，还要校核所需风量、风压。这里的关键是确定空气在流程中所遇的阻力，如果标准风量与所需风量吻合，而实际阻力大于风机的标准全风压，如何差别较大，将导致风量聚减，冷风机冷却性能恶化，这时要考虑替换原冷风机所配风机，使其全压在保证风量的前提下克服空调器的沿程阻力，因此一定要认真处理好这一问题。这个问题处理不当，是许多冻结间达不到设计要求的根本原因。设计时按吨位配冷却面积及配风量是纯经验的东西，计算沿程阻力尽可能准确时，一定不要丢掉任何局部阻力项，这也是选风机时易被忽视的一个问题7。 总之，工程设计选型人员应尽可能的了解冷风机的各种结构参数，充分分析考虑影响冷风机性能的因素及需要注意的一些问题，尽可能选用新型高效节能产品，并进行热工校核计算，而不仅仅是凭借经验选型。1.3冷风机的最新发展1.3.1冷风机设计的新发展 自从上个世纪30年代空气冷却装置在国外首次投入工业使用以来，在石油化工及冶金工业中得到迅速应用，我国也于1963年开始对空气冷却装置进行研究，经过几十年的发展，空气冷却装置已有最初的单纯的大型工业应用拓展到各个领域的广泛使用。 冷风机发展到今天，其设计已经处于成熟阶段，当前对冷风机设计的研究主要有对其制冷循环的改进、低温冷风机结霜融霜特性的研究和改进、经济性的优化、舒适性的改进和适用范围的拓宽等传统的研究领域；以及与现代控制技术相结合对其自动控制的研究等新兴领域【8】。比如，通过建立模型、进行大量实验得到最佳的循环回路设计方式；开发形式多样的融霜技术；使用变频节能技术；采用自动化的除霜控制技术等。在具体的工艺与设计上主要是采用变片距，或整体热浸锌工艺，使钢管和翅片紧密接触，管片形成一体，以提高传热效率，并增强防腐性能，增长产品使用寿命；使用先进的轴流风机，并进行cad优化设计，拓宽风机的高效运行区，以节省能耗，延长使用寿命，并降低噪音，提高效率，增大通风量和压力；开发多种结构形式的冷风机和管组，以适用不同场合的应用；采用变片距优化组装的方式，以减少风阻，增强传热效果；等等。1.3.2冷风机设计方法的新发展 由于传统设计方法在冷风机设计上的诸多不便，随着计算机辅助设计的迅速发展，二维及三维设计方法迅速的在冷风机设计行业得到了应用。 当前计算机辅助设计方法正从二维进入三维时代，三维设计软件可以为我们提供一种直观快捷的设计途径。但是由于三维设计软件在制冷行业的应用时间尚短，虽然有诸如autocad、pro/e、solidworks、ug等大量的三维设计软件已经冷风机的设计中得到使用，但是还缺乏专业的制图工具。 因此当前冷风机设计方法上的研究，集中于对上述软件进行二次开发，开发出相关的专用软件程序，使得设计趋于参数化、标准化，变得更加简单准确：只需根据循环参数计算出相关的设计参数，然后通过人机对话框确定图形的主要尺寸，源程序即可边计算图形的尺寸边调用相关软件的绘图指令进行图形绘制，生成相应的图形；同时，若要改变图形的形状，可以使用对话框重新输入一组数据重画即可。这样只要有初始的设计要求参数，就能快速绘制出满足要求的图形，这既可避免重复的劳动、提高工作效率和绘图质量，游客实现对设计的比较分析，并与计算软件对接形成完整的cad系统5。1.4现在存在的问题 冷风机的设计已经趋于成熟，但是还存在着一些亟待解决的问题。比如，冷风机风量的测试和计算手段尚不完善，生产厂家都没有完整的测试数据；随着能源的日益紧张，冷风机的节能优化问题也亟待解决；目前针对冷风机设计进行的二次开发，所开发出来的软件都属于个人或者单一方面的设计，没有标准化的三维参数化设计软件；等等。1.5本文的设计思路和方法及任务 通过对文献的阅读和分析，可以清楚的了解到冷风机的制冷原理及设计思路和方法，以及三维设计方法在冷风机设计中的应用和发展。对于冷风机的三维设计，首先要根据设计要求进行相关的热力计算并依据计算结果进行尺寸的设计计算，并根据计算所得到的数据应用三维设计软件pro/e对冷风机进行三维设计。 本课题主要的任务是，以pro/engineer软件为平台，进行冷风机三维设计。建立了合理的装配计划，实现了不见得自动装配、约束识别及装配干涉分析。第二章 冷空气参数计算 人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能的呢过形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温，并维持这个低温。目前常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷、电热制冷、磁制冷、涡流管制冷和热声制冷等，其中最为常用的是蒸汽压缩式制冷。蒸汽压缩式制冷是利用气体的节流效应，通过绝热膨胀来制冷的。蒸汽压缩式制冷由分为单机蒸汽压缩式制冷循环和多级蒸汽压缩式制冷循环及其许多发展形式，这里为了研究方便，采用最简单的单级蒸气压缩式制冷循环。单机压缩式制冷循环系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如下图所示。对制冷剂蒸汽只进行一次压缩，故称为单机蒸汽压缩7-8。 图1-1制冷系统原理图 整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成，每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同。 对于冷风机的设计计算，要对循环的主要参数进行设计计算，并主要关注与蒸发器相关的循环参数。 在冷风机的设计过程中,首先要根据所给条件计算出冷空气参数,冷空气参数是冷风机设计计算的基础和依据，其计算结果直接影响冷风机的选型和设计，因此其计算要求较高的精度，具有重要的意义。冷空气计算主要是依据相关经验公式和查表所得进行的。计算的内容可大概分为回风参数和送风参数，回风参数是冷风机蒸发器的进口空气参数，送风参数是冷风机的出口空气参数也即要进入室内的空气参数；计算主要涉及冷空气的焓值、含湿量、密度、粘度、饱和蒸汽压等。2.1制冷循环相关计算2.11已知条件已知：回风干球温度：0 回风相对湿度：90% 送风干球温度：-3 送风相对湿度：95% 大气压： 10132pa 制冷量： 5.4kw 制冷剂： r222.12相关计算1. 查表得r22的汽化潜热为210.55kj/kg2. 制冷剂循环量： (2-1)代入数据计算有，制冷剂循环量为115.412kg/h2.2冷空气参数计算1. 热力学温度： t=t+273.15 (2-2) 回风温度：273.15送风温度：270.152. 水蒸气饱和压力： (2-3) 其中，p：水蒸气饱和压力 ：大气压力 t：冷空气温度 ：零度（273.15）带入数据得：回风温度下水蒸气饱和压力：611.32pa 送风温度下水蒸气饱和压力：490.34pa3. 含湿量： (2-4)其中，d：含湿量 ：大气压力 ：水蒸气饱和压力 ：相对湿度代入数据得：回风含湿量：3.40g/kg 送风含湿量：2.87g/kg4. 焓值： (2-5) 其中，h：焓值 t：干球温度 d：含湿量代入数据得：回风焓值：8.49kj/kg 送风焓值：4.14kj/kg5. 空气密度： (2-6)其中，：空气密度 ：大气压力 ：水蒸气饱和压力 t：空气温度 ：相对湿度代入数据得：回风温度下的空气密度：1.29 送风温度下的空气密度：1.306. 动力粘度： (2-7) 其中，：动力粘度 t：气体温度 ：绝对零度代入数据得：回风动力粘度： 送风动力粘度： 7. 运动粘度： (2-8)其中，v：运动粘度 ：动力粘度 ：空气密度带入数据得：回风运动粘度： 送风运动粘度： 8. 定压比热容： (2-9)其中，：定压比热容 d：含湿量代入数据得：回风定压比热容：1.008843009 kj/(kg) 送风定压比热容：1.008406308 kj/(kg)9. 空气导热率： 查表得：回风导热率：0.02442 w/(m) 送风导热率：0.024174 w/(m)10. 空气平均温度： 11. 空气比容： 12. 平均含湿量：g/kg 13. 平均定压比热容： kj/(kg) 14. 风量： 带入数据有 2.3本章小结及计算汇总冷空气参数的计算是冷风机的依据，在对制冷循环计算的基础上通过相关的经验公式计算出冷空气的各项参数，通过这些参数可以大概确定蒸发器的结构数据。表2-1 制冷循环计算汇总表回风运动粘度 1.399*10(-5)m2/s送风运动粘度1.314*10(-5)m2/s回风定压比热容1.008843009kj/(kg*)送风定压比热容1.008406308kj/(kg*)回风导热率0.02442w/(m*)送风导热率0.024174w/(m*)风量3442.55048m3/h制冷剂循环量115.412kg/h第三章 蒸发器初步设计计算 蒸发器是冷风机的核心部件，制冷剂在蒸发器内沸腾吸热，热量通过管壁由管外空气传入制冷剂循环，再由风机将冷空气吹出而获得冷风。蒸发器设计的好坏与否直接关系着冷风机的性能，蒸发器设计中要考虑到制冷剂的流量、空气量、蒸发温度等及由这些因素产生的风阻、结霜等问题。本章进行蒸发器的初步计算，即蒸发器结构的初步设计及翅片形式的初步计算。蒸发器拟采用纯铜管和铝片组成的套片管干式蒸发器。套片管广泛应用于氟利昂制冷机的换热器上，其结构形式如下图，即在整张的铝片或铜片上（这里采图2-1翅片管实例用铝片）按一定规律冲压出用来穿换热管的圆孔，这样，铝片或铜片就形成换热管的肋片。其中冲压出来的圆孔有翻边，起作用是增大肋片与换热管的接触面积，并保持一定的肋片间距。肋片可以是整张铝片或铜片，也可以由几张拼凑而成（这里采用整张铝片）。组装肋片的时候，为了保证铝片与换热管之间的紧密接触，一般采用1010mpa的优雅或谁呀胀管，或用带钢珠的推杆压入馆管内，利用钢珠与圆管内径的过盈度来机械胀管，后者胀管均匀，接触热阻小，且可以省去管内清洗和干燥的麻烦，因而，这里采用后者。干式蒸发器具有许多优点10：（1）当使用与润滑油互溶的制冷剂r22、r11等时，只要管内制冷剂的流速大于4m/s，就可以将润滑油带回压缩机。（2）充注的制冷剂量比较少，只为管内容积的40%左右，约为满液式蒸发器的1/31/2或更少。（3）对于载冷剂为水的蒸发器，蒸发温度在0附近时，不致发生冻结事故，而且载冷剂在管外，冷量损失少。（4）可以使用热力膨胀阀工业，比使用浮球阀简单可靠。3.1蒸发器结构初步规划3.11蒸发器结构的初步假定1. 管道：材料： 纯铜光管 管外径： 9.52mm 管内径： 8.52mm 管壁厚： 0.5mm 管道排列方式：正三角形排列 热导率： 203.5 管排数： 7 每排管数：14 管间距： 25.4mm2. 翅片：材料： 铝 翅片间距：4.5mm 翅片厚度： 0.2mm 翅片形式：开窗式，亲水膜处理3.12蒸发器结构的初步计算1. 最窄流通面积与迎风面积之比: (3-1)其中，：最窄流通面积与迎风面积之比 s:管间距 d: 铜管外径 ：翅片间距 ：翅片厚度代入数据得：最窄流通面积与迎风面积之比为0.597412. 最窄截面处流速：4.4m/s（根据经验，通常取3-6m/s）3. 最窄截面面积： (3-2)代入数据有，4. 迎风面积： (3-3)其中，a:迎风面积 a：最窄截面面积 ：最窄流通面积与迎风面积之比代入数据得：迎风面积：0.364 5. 翅片总高度： (3-4)其中，h：翅片总高度 n：每排管束 s：管间距代入数据得：翅片总高度：0.3556 m6. 翅片沿气流方向长度： (3-5) 其中，l：翅片沿气流方向长度 n：每排管束 s：管间距代入数据得：翅片沿气流方向长度：0.154 m7. 每根管子长度（即翅片宽度）： (3-6) 代入数据有：8. 换热管总长度： (3-7)代入数据有：9. 迎面风速： (3-8) 带入数据有：3.2肋片管参数及关内外表面积计算1. 六角形肋片单侧表面积： (3-9)其中，：六角形肋片单侧表面积 d：铜管外径 s：管间距代入数据得：六角形肋片单侧表面积为：2. 每米管子上肋片数： (3-10)代入数据有：个3. 每米管长肋片表面积： (3-11)代入数据有：4. 每米管长铜管表面积： (3-12)其中，：每米管长铜管表面积 d：铜管外径 ：翅片厚度 n：每米管子上肋片数代入数据得：每米管长铜管表面积：5. 每米管长总外表面积： (3-13)带入数据有：6. 总外表面积： (3-14)代入数据有：7. 肋片表面积： (3-15)带入数据有：8. 铜管总外表面积： (3-16)代入数据有：9. 铜管内径：8.52mm10. 总内表面积： (3-17)其中，a：总内表面积 d：铜管内径 l：换热管总长度代入数据得：总内表面积：2.68 11. 外表面积与内表面积之比： (3-18)代入数据有：3.3本章小结及计算汇总本章的主要目的是根据上一章所算参数确定蒸发器的基本形式基本参数，并在此基础上计算出与蒸发器、翅片相关的各个参数，为下一章换热系数的计算提供依据。表3-1 蒸发器初步设计计算汇总表每根管长度1043mm管数98排列方式7*14换热管总长度102.214m管外径9.52mm管内径8.52mm肋片表面积21.724m2铜管表面积2.865m2总外表面积24.59m2总内边面积2.68m2迎面风速2.63m/s第四章 蒸发器换热相关计算及校核 蒸发器与冷凝器是制冷系统中的重要换热设备，两者的流动和传热特性对整个制冷系统的性能指标有重大影响。这些换热设备中包含有导热、对流换热、相变传热等多种传热方式。 在制冷系统中使用的换热设备，其形式主要是间壁式换热器，即冷、热流体通过固体壁面进行热量交换的换热器（这里所涉及的蒸发器即为间壁式圆管传热换热器）。右图所示为一典型的通过单层圆管的换热过程。圆管两侧分别是热流体和冷流体，冷热流体通过圆管壁实现热量交换。这样一个传热过程包括串联着的三个环节8：（1）热流体与壁面高温侧的对流换热；（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的固体壁导热；（3）壁面低温侧与冷流体的对流换热。在本文设计中，高温侧随着温度的降低可能会有小水滴析出甚至产生霜层而变为相变传热，而低温侧则为有相变的换热过程，因此这三个过程要使用不同的公式分别计算。 在蒸发器运行过程中，污垢对传热系数有一定的影响。换热器在运行一段时间后，会在换热器表面形成一些污垢。污垢的导热性能十分差，所以，在换热器表面形成污垢后，使换热器的实际换热量减小，削弱了换热器的实际换热能力。因此，在换热器的设计中应当考虑污垢的影响。但是，换热器表面上污垢的种类、成分及其性质与换热器使用条件及工质本身特性有关，很难得到理论分析结果。目前的设计数据多来自实验，且实验条件不同是，数据会有较大的差异。为了分析研究污垢的影响，引入污垢系数。本文所有污垢系数是查阅相关资料后根据经验数据所得9-11。此外，由于管外换热温度已经低于冷空气的露点温度，因此冷却过程中会有小水滴析出，用湿系数表示热湿交换中全热量与显热量的比值，它表示因湿交换而增大了的换热量。换句话说，湿冷却时的全热量就等于干冷却（等湿冷却）的显热量的倍。因此，增大析湿系数，就意味着增大潜热量交换，增大除湿量12-15。因此要对析湿系数进行计算。另一方面，由于小水滴的出现，就会导致霜层的出现，霜层和污垢一样，也会影响换热过程，所以也要对霜层参数进行计算。最后，对比校核计算所得的理论内外表面积与上一章蒸发器结构初步设计中的内外表面积以及临界质量流速，来确定设计是否合理，如果合理则可以进一步进行蒸发器的具体选型设计，如果不合理则需要分析原因，作出相应的修正。4.1空气侧放热系数计算1. 肋片高度： (4-1)其中，h：肋片高度 s：管间距 d：铜管外径代入数据得：肋片高度：7.94mm2. 参数c和n：查表可得：c=0.205 n=0.653. 雷诺数： (4-2)其中，re：雷诺数 v：最窄截面处流速 d：铜管外径 v:送风运动粘度代入数据得：雷诺数：3188.744. 放热系数： (4-3) 其中， q：放热系数 c、n：参数（查表） ：翅片间距 d：铜管外径 ：送风导热率 h：肋片高度代入数据得：放热系数：128.53 4.2管内沸腾放热计算1. 回路数：72. 质量流速： (4-4)其中，v：质量流速 g：制冷剂循环量 n：回路数 d：铜管内径代入数据得：质量流速：80.33 3. r22分子量：86.48（查表）4. r22标准沸点：-40.8（查表）5. 参数c： （均以热力学温度表示） (4-5)代入数据有：6. 参数a1： 其中m为r22的分子量 (4-6)代入数据得：参数a1:0.1437. 放热系数（假定质量流速临界流速）: (4-7)其中，q：放热系数 v：质量流速 d：铜管内径代入数据得：放热系数：870.45 4.3析湿系数：1. 壁面温度（露点温度）：-7 （约等于蒸发温度）2. 壁面热力学温度：t=-7+273.15=266.15 (4-8)3. 相对湿度：100%4. 饱和蒸汽压： (4-9)其中，p：饱和蒸汽压 ：大气压力 t：壁面热力学温度 ：绝对零度代入数据得：饱和蒸汽压：362.2587pa5. 露点湿度： (4-10) 其中，d：露点湿度 ：大气压力 ：饱和蒸汽压 ：相对湿度代入数据得：露点湿度：2.2319g/kg6. 露点焓值： (4-11)其中，h：露点焓值 t：露点温度 d：露点湿度代入数据得：露点焓值：-1.491kj/kg7. 饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量： (4-12)其中，d：含湿量 ：大气压力 ：饱和蒸汽压 ：相对湿度代入数据得：饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量：2.23 g/kg8. 0水蒸气转变成霜放出的潜热：2835 kj/kg （查表）9. 霜的比热容：2.05 kj/(kg) （查表）10. 水蒸气定压比热容：1.86 kj/(kg) （查表）11. 析湿系数： (1-13) 其中，：析湿系数 q：0水蒸气转变成霜放出的潜热 ：水蒸气定压比热容 ：霜的比热容 t：空气平均温度 ：露点温度 d：平均含湿量 d：饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量代入数据得：析湿系数：1.46314.4霜层系数计算1. 霜层表面温度：-7 （近似等于蒸发温度）2. 假定除霜周期：6 h3. 霜密度： (4-14)其中，：霜密度 t：霜层表面温度 v：迎面风速代入数据得：霜密度：205.984. 析湿量： (4-15)其中，w：析湿量 g：风量 ：空气比容 ：回风含湿量 ：送风含湿量代入数据得：析湿量：0.000648867 5. 霜厚度： (4-16)其中，：霜厚度 w：析湿量 t：除霜周期 ：霜密度 a：总外表面积代入数据得：霜厚度：1.11 mm4.5肋效率计算1.2.3.4.5.肋片参数： (4-17)其中，m：肋片参数 ：参数（宽径比） q：放热系数 ：翅片厚度代入数据得：肋片参数：96.136. 肋片效率： (4-18)其中，：肋片效率 m：肋片参数 r：半径 ：参数 tanh（x）函数：代入数据得：肋片效率：0.77864.6传热系数计算1. 对数平均温差 (4-19)其中，t：对数平均温差 ：回风干球温度 ：送风干球温度 ：蒸发温度代入数据得：对数平均温差：5.36 2. 管内表面污垢系数：0.00009 （查表）3. 霜的导热率： (4-20)其中，：霜的导热率 ：霜密度代入数据得：霜的导热率：0.5474. 修正系数：0.88 （查表）5. 总传热系数： (4-21)其中，q：总传热系数 ：管内沸腾放热系数 ：空气侧放热系数 ：管内表面污垢系数 ：铜管壁厚 ：管壁导热率 ：霜的导热率 ：外表面积与内表面积之比 ：霜厚度 ：传热修正系数 ：肋片效率 a:总外表面积a：铜管总外表面积 a”:肋片表面积：析湿系数代入数据得：总传热系数：46.73 4.7换热面积校核1. 管内热流密度： 代入数据有：2. 所需管内表面积： 代入数据有：3. 所需管外表面积： 代入公式有：4. 外表面积误差： 代入数据得： 大于10%，充足的余量5. 内表面积误差： 代入数据得： 大于10%，充足的余量4.8临界质量流速校核1. 对r22制冷剂： e=10.12. 参数a1、a2： (4-13)其中，c：参数（上文） m：r22分子量 e：参数（上文）代入数据得：a1：0.143 a2：0.1393. 临界质量流速： (4-14) 其中，：临界质量流量 q：管内热流密度 a1、a2：参数（上文）代入数据得：临界质量流量：58.88 小于88.31，故管内沸腾放热系数计算正确 小于管内质量流速（由上文计算为80.33），故质量流速的公式选择正确4.9本章小结及计算汇总 本章利用各种经验公式和计算方法在对蒸发器结构进行大概设计的基础上，对蒸发器的各项换热相关参数进行了详细计算，包括管内外的放热系数、霜层参数、析湿系数、肋效率等，最终导出了总的传热系数，并对以上数据进行了校核计算，为下一章蒸发器的定型以及风机、融霜管的设计、计算、选型打下基础。表4-1 蒸发器换热计算汇总表空气侧放热系数128.53w/(m2*s)管内换热系数870.45w/(m2*s)肋效率0.7786析湿系数1.4631析湿量0.000648867kg/s霜厚度1.11mm外表面积误差14.08%内表面积误差12.33%临界质量流速58.88kg/(m2*s) 第五章 蒸发器、风机