毕业设计（论文）-小型制冷装置——冰箱的局部设计.doc

目 录1.摘要22.原始数据33.电冰箱的总体布置 44.电冰箱的热负荷 55.制冷系统的热力计算 96.压缩机的选型及热力计算 117.冷凝器的设计 148.蒸发器的设计 199.毛细管长度的计算 2510.控制电路设计 2611.小结 2812.参考文献 29摘要本说明说是针对小型制冷装置冰箱的局部内容而编写的，冷冻冷藏是一种典型的商用制冷装置，随着人们环保意识的提高，目前多制冷剂的使用也提出了新的要求。 本说明书共有八章：冷冻冷藏箱的总体结构布置、冷冻冷藏箱的热负荷、冷凝器的设计、蒸发器的设计、毛细管长度的计算、控制电路等方面。比较系统介绍了冷冻冷藏箱的新制冷剂r134a在制冷系统中的循环过程。 原始数据1、 有效容积为185l的冷藏冷冻冰箱2、 工质为：r134a3、 温带型双门4、 已知技术参数1） 使用条件：冰箱周围环境温度，相对湿度。2） 箱内温度：冷冻室温度不高于-18，冷藏室平均温度。3） 箱内有效容积：总容积为185l，其中冷冻室为45l，冷藏室为140l。4） 制冷系统为单级蒸气压缩式制冷系统，冷却方式采用直冷式，冷冻室蒸发器采用板管式，冷藏室蒸发器采用单脊翅片式，冷凝器采用丝管式冷凝器，采用毛细管作为截流元件。5） 箱体结构：外形尺寸为550mm627mm1312mm(宽深高)绝热层采用聚氨酯发泡。其厚度根据理论计算和冰箱厂的实践经验选取，其值如表所示：1-1冷冻冷藏箱个面的绝热层厚度（mm）箱面顶面侧面背体门体底面冷冻室5262726265冷藏室6542526242电冰箱的总体布置箱体结构图如下：选用r134a做工质（1） 润滑油 选用合成的聚酯油作为系统的润滑油。（2） 干燥过滤器 选用xh7型干燥过滤器。电冰箱的热负荷一）冷冻室热负荷（1）冷冻室箱体漏热量 包括箱体隔热层漏热量和门缝条漏热量1）箱体隔热层漏热量 箱外空气对箱体外表面的传热系数=11.3 ，箱内壁表面对箱内空气的传热系数=1.16，隔热层材料的导热系数。有式=ka()a箱体外表面积 单位（）k传热系数 1-2冷冻室箱体各表面的传热量计算值箱面顶面侧面背面门面底面面积a/0.2370.3860.1680.1680.273传热系数k/0.3730.3310.2980.3310.321传热温差/505061.25023传热量q/w5.0916.3883.0642.7802.016箱体的隔热层漏热量为以上各箱面漏热量的总和=(5.091+6.388+3.064+2.780+2.016)w=19.357w2) 通过门与门封条的漏热量=0.15= 0.1519.339w=2.904w冷冻室箱体的漏热量=+=（19.339+2.901）=22.261w（2）冷冻室开门漏热量 电冰箱的冷冻室内容积取0.045，开门次数为每小时一次，空气的比体积=0.9，进入箱内的空气达到规定温度时的降温降湿比焓差值如下式a=90-(-16.75) kj/kg =106.75 kj/kg冷冻室开门漏热量为：= w（3） 储物热量 水的初始温度,实冰的温度，水的质量 =450.005=0.225kg则 = =13.805w式中，水的比热容、水的融化热、冰的比热容。其它热负荷不计，则冷冻室的热负荷：=+=(22.261+1.48+13.805）w=37.546w二）冷藏室热负荷（1）冷藏室箱体的漏热量1)箱体隔热层漏热量 箱外空气对箱体外表面的传热系数=11.3 ，箱内壁表面对箱内空气的传热系数=1.16，隔热层材料的导热系数。有式=ka()a箱体外表面积 单位（）k传热系数 1-3冷藏室箱体各表面的传热量计算值箱面顶面侧面背面门面底面面积a/0.2730.9790.4580.4580.273传热系数k/0.4610.4250.3730.3310.267传热温差/-232738.22727传热量q/w-2.8911.0966.5264.0932.034箱体的隔热层漏热量为以上各箱面漏热量的总和=(-2.89+11.096+6.526+4.093+2.034)w=20.859w2) 通过门与门封条的漏热量=0.15= 0.1520.859w=3.129w冷藏室箱体的漏热量=+=(26.68+4.002)w=30.682w（2）冷藏室开门漏热量 电冰箱的冷冻室内容积取0.14，开门次数为每小时二次，空气的比体积=0.9，进入箱内的空气达到规定温度时的降温降湿比焓差值如下式=(90-18.7) kj/kg =71.6 kj/kg冷藏室开门漏热量为：= w（3）储物热量 水的初始温度,实冰的温度，水的质量 =1400.005=0.7kg则 = =46.02w式中，水的比热容、水的融化热、冰的比热容。其它热负荷不计，则冷藏室的热负荷：=+=(23.988+6.19+46.02)w=76.638w电冰箱的总热负荷q=1.1(+)=1.1(37.546+76.638)w=125.60w制冷系统的热力计算参数选取参照下表1-4 （单位）工况参数冷凝温度蒸发温度回气温度过冷温度设计例值54.4-23.332（80）17参数来源=32+22.4环境温度加上冷凝传热温差341x=0x=122k2s2lgp(kpa)h (kj/kg)=-18-5.3上箱要求温度减去传热温差蒸气进入压缩机壳体前状态（实际吸入气缸前的过热蒸气）=32-15环境温度减去过冷度电冰箱制冷系统的压焓图如下相关值的计算如表1-5参数名称符号单位参数来源计算值冷凝压力=54.4查热力性质表1.4696蒸发压力=-23.3查热力性质表0.115出蒸发器时饱和蒸气的比焓=-23.3查热力性质表383.27进压缩机前过热蒸气的比焓32查热力性质图431.0进压缩机前过热蒸气的比体积32查热力性质图0.218进入气缸前过热蒸气的比焓80查热力性质图476.0进入气缸前过热蒸气的比体积80查热力性质图0.251排除过热蒸气温度392.6冷凝温度下的过热蒸气比焓=54.4查热力性质表424.103排除过热蒸气比焓=+585.5制冷剂过冷至32时的比焓=54.4查热力性质图246毛细管节流前液体比焓（17）=54.4查热力性质图222蒸发器入口制冷剂比焓=222定熵压缩蒸气比焓值（32）=54.4查热力性质图495定熵压缩蒸气比焓值（80）=54.4查热力性质图556循环各性能指标计算如下（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电冰箱的总热负荷(7)冷凝器热负荷(8)压缩机实际吸入的过热蒸气量压缩机选型及热力计算一）.设计工况下的输气系数参数参见表1-4，其输气系数等于容积系数、压力系数、温度系数和泄露系数的乘积。（1）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1469.6，蒸发压力取115，排气压力损失取0.1，则容积系数：=0.674（2）压力系数其中进气阀的压力损失，其余取值同容积系数，则压力系数：（3）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-23.3，压缩机吸入前过热度（4）泄露系数取0.99 。则输气系数为二）.理论输气量实际输气量为0.628，则三）.压缩机的制冷量四）.压缩机的功率（1）理论功率（2）指示功率式中指示效率上式中的为采用摄氏温度为单的蒸发温度，系数b凭经验取值。则指示率 （3） 摩擦功率其中取为平均摩擦压力，取0.65，为1.12，则摩擦功率（4）压缩机的轴功率=+=(77.997+20.22)w=98.25w(5) 电功率和电动机效率=/取=0.82，则=98.217/0.82w=119.78w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，参照按r134a制冷工质设计的压缩机有关规格参数表，选择意大利生产的低回压r134a冰箱压缩机，型号为l13b78，额定制冷量160w,电源电压220/240v、50hz。冷凝器的设计冷凝器采用丝管式冷凝器，冷凝管采用符合钢管（邦笛管），钢丝直径，管间距钢丝间距。箱体底部化霜水盘中，不设预冷盘管，设置旁门框防露管，制冷剂出防露管的温度为32空气温度为32 。 一）.过热段及饱和段热负荷查制冷剂r134a的热力性指表，运用线性插值法可求得过热蒸气比焓。当温度，压力p=1469.6kpa时，比焓；同时查热力性指表也能查得，压力p=1469.6kpa时的饱和蒸气比焓和t=32似的过冷液体比焓。过热段热负荷占总热负荷的百分数：现取防露管中放出的热量占总热负荷热43%，而过热段热负荷占总热负荷的15.4%，则饱和段热负荷占总热负荷的41.6% 。根据冷凝器总热负荷值可求得过热段热负荷，饱和段的热负荷 。二）.过热段和饱和段的传热温差（1）过热段的传热温差（2）饱和段的传热温差三）.自然对流表面传热系数式中 空气的热导率，单位w/(m.k)； 当量直径，单位（m）； 空气的普朗特数； 空气的格拉晓夫数。（1）过热段的自然对流表面传热系数 过热段的定性温度，空气的热导率查表得t=40时，；t=50时，；用线性内插法得t=48.625时，。空气的普朗特数=0.698，空气的格拉晓夫数：式中 g重力加速度，g=9.81 空气的体积膨胀系数， 对数平均温差，=33.6 空气的运动粘度，t=48.84时， 当量直径，单位（m）； 肋效率，对冰箱用丝管式冷凝器，取=0.85。则空气的格拉晓夫数 过热段对流表面传热系数（2）饱和段对流表面传热系数 饱和段的定性温度=（54.4+32）/2=43.2，查表由内插法得空气的热导率，空气的普朗特数=0.699，空气的运动粘度，空气的格拉晓夫数饱和段对流表面传热系数四）.辐射传热系数式中 黑度，黑漆=0.97； 壁面的平均热力学温度，单位k； 空气的热力学温度，单位k； 传热温差，单位 。（1）过热段的辐射传热系数 过热段壁温不是定值，现取，而=32。则过热段的辐射传热系数（2）饱和段的辐射传热系数 饱和段的壁面温度，其余参数同过热段。则饱和段的辐射传热系数五）.冷凝器传热面积a(1)冷凝器过热段传热面积式中 （单位 ）为过热段传热面积，过热段自然对流传热系数，过热段的辐射传热系数，过热段的传热温差=33.25，过热段的热负荷=34.28w，其中为表面效率：式中 每米管长管面的面积，=0.006； 每米管长上钢丝的外表面积。则表面效率过热段的传热面积（2）冷凝器饱和段传热面积饱和段的传热面积（单位），饱和段自然对流表面传热系数，饱和段的辐射传热系数，饱和段的传热温差=22.4，饱和段的热负荷=85.96w，表面效率=0.8767，则所以冷凝器的传热面积六）.冷凝器整体尺寸丝管式冷凝器的冷凝管长度l(m)由于冷凝器的积灰以及水平排数增加时传热系数减小，所以设计值比理论计算大，取设计值比理论值大40%冷凝器的设计面；， 。则：取冷凝器的有效宽度，则冷凝器冷凝管水平根数，制冷剂从同一侧进出，取n=14根。每根的实际长度。冷凝器的的高度，冷凝器钢丝焊接时两头个露出0.1m。则冷凝器的实际高度 。蒸发器的设计一）.冷冻室蒸发器 冷冻室的热负荷为39.866w，蒸发温度为-23.3，冷冻室温度为-18。采用板管式蒸发器。（1）制冷剂在管内的表面传热数 （当制冷剂工质位r12时） 式中 每根管内制冷剂的流量，单位 kg/s；g制冷剂的质量流量，单位 ；b于制冷剂种类和蒸发温度有关，为-23.3时，b=0.9523；热流量，单位为蒸发管内径，单位 mm, =6mm 。 制冷剂在管内的温度，而冷冻室内的平均温度热流量；式中 冷冻室热负荷，单位为39.866w； l冷冻室绕管长度，绕管取5圈，则则热流量为制冷剂的循环量为2.89kg/h，化为质量流量当制冷剂为r12时，在管内沸腾的表面传热系数为采用r134a制冷剂时在管内沸腾的表面传热系数比r12高35%45%，取40%，则 （2）板管式蒸发器空气表面传热系数 板管式蒸发器空气侧表面传热系数式中 a沿高度方向管排的修正系数，选蒸发器冷却排管为5圈，查表可得a=1.25； 冷冻室空气的平均温度为-18； 板管式蒸发器内r134a的蒸发温度为-23.3； 管外径，单位为mm, =6.5mm 。则板管式蒸发器空气侧传热系数在冷却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（一般1小于10），因此辐射换热相对来说不可忽略，空气侧的表面辐射换热系数 式中 冷冻室空气平均温度（单位k），；蒸发器管子表面温度，因为蒸发器的管壁很薄，则内外表面温差不大，管子的外表面温度可视为与蒸发器管内的r134a的蒸发温度相同， 。 c辐射系数，对于结霜表面去则气侧的表面辐射换热系数 空气侧的传热系数式中 空气侧的表面传热系数和辐射传热系数，单位（）。 曝光系数，对于平板可取1.0 。 析湿系数，取则空气侧的传热系数（3）冷冻室蒸发器的传热系数 冷冻室蒸发器馆内表面传热系数，空气侧的表面传热系数。空气侧的传热系数远小于制冷剂侧的传热系数，因此式中 考虑管内阻和管外霜层的修正系数。=0.80.9 翅片管的表面效率。取=0.98则（4）冷冻室蒸发器的传热面积a冷冻室热负荷39.866w,蒸发温度为-23.3冷冻室温度为-18 。电冰箱总体布置中冷冻室内传热面长度为413mm，深度为391mm，高度为281mm。故实际的传热面积： 冷冻室传热面积的实际设计值大于冷冻室传热面积计算值，满足设计要求。二）.冷藏室蒸发器冷藏室的热负荷为77.11w，冷藏室内的平均温度，蒸发器内温度-23.3冷藏室蒸发器采用单脊翅片盘管式蒸发器，采用0.25mm厚的吕板，使其弯曲成6.5mm的管形通道，其翅片高取22mm，翅片厚。（1）单脊翅片式蒸发器管外表面传热系数 直冷式冰箱，采用单脊翅片盘式蒸发器式中 冷藏室空气的平均温度为5； 蒸发器内制冷剂r134a的蒸发温度为-23.3； 定型尺寸，取单脊翅片的翅高, =0.022m 。则管外表面传热系数（2）管外纵向平直翅片的翅片效率式中 h翅片的高度，单位 m ； m定义参数，当翅片的深度比其厚度大得多时上式中的、分别为管外表面传热系数、肋厚、肋片的热导率。翅片效率（3）翅片的表面效率其中为一次传热面积，为二次传热面积，为总的传热面积，设翅片长度为则表面效率（4）制冷剂在管内的传热系数 由于制冷剂r134a在管内蒸发时的表面传热系数远大于空气自然对流表面传热系数，一次可以不计算管内表面传热系数。（5）传热系数 由于空气侧的表面传热系数远小于制冷剂侧的表面传热系数，因此（6）传热面积及翅片长度 冷藏室蒸发器总的供热量其中黑度为0.9，辐射系数为，发射体热力学温度为278k，接受体热力学温度249.7k，传热温度则传热面积除去冷藏室蒸发器中连接管和连接板的传热面积，翅片盘管的传热面积，因为，则翅片管长度 。毛细管长度的计算采用r12做制冷剂时压力差；查其饱和状态下的热力性质白表，温度对液体比体积的的影响不大，取温度为冷凝温度与蒸发温度的平均值，即，查得液体比体积蒸汽比体积，取干度。则平均比体积 其密度 下液体粘度，而气体粘度，则平均粘度。已知制冷工致循环量，选用内径0.66mm的毛细管，则制冷工质的流速:雷诺数值为则毛细管长度当采用r134a做制冷剂时其流量约减小10%20%，所以毛细管的长度需增加，取毛细管的长度增加20%，则毛细管的长度为： 控制电路设计电冰箱内温度的高低是随蒸发器表面温度的高低变化的，向文和蒸发器温度存在一定关系，所以只要控制蒸发器表面温度就可以控制箱温。可以通过控制冷系统制冷量的大小或控制压缩机的开停时间实现蒸发器表面温度的控制。采用毛细管节流时，制冷剂量是不可调节的，所以本设计采用温控器来实现对压缩机开停时间的控制。温控器安装在冷藏室内，用来控制冷藏室蒸发器的表面温度。毛细管节流后制冷剂先进入冷藏室蒸发器，再进入冷冻室蒸发器，而冷藏室蒸发器管路有比较短，其容积也小，故制冷剂的蒸发温度与制冷剂先进入冷冻室蒸发器，再进入冷藏室着蒸发器的制冷系统比较，它受外界条件和冷冻室负荷的影响较小，冷藏室蒸发器表面温度波动也小一些，所以温控器开停温度的范围也可小一些，根据一上设计要温控器选取b-201普通型温控器。控制电路图如下：1-启动过电流保护器 2-照明灯 3-冷藏室补偿加热器 4-温度控制器5-化霜停止开关6-化霜加热器 7-指示灯限流电阻 8-化霜时间继电器9-指示氖灯 10-保护电阻 11-化霜温度控制器 12-冬用开关 13-灯开关14-压缩机电机其工作过程如下：制冷压缩机正常运转期间，化霜时间继电器8的a、b触点接通，双金属化霜温度控制器11的触点开启，化霜时间继电器8的于制冷压缩机同步运转。当制冷压缩机累计运行到定时化霜时间继电器设定得化霜时间时，化霜时间继电器8的a、b触点相继断开，制冷压缩机停止运转，同时化霜时间继电器8停止运转。此时，蒸发器化霜加热器6立即对蒸发器加热化霜。当蒸发器表面的霜全部融化完，且表面温度达到-5时，双金属化霜温度控制器11的触点闭合，电路接通，这时化霜时间继电器8立即恢复运转。几分钟后触点a、b相继接通，制