3500w热泵型分体壁挂式空调器的设计.doc

内容摘要随着尖端科技和现代社会的高速发展和进步，人们的生活水平的日益提高，同时人们对生活质量的要求也越来越高，而空调正在扮演这一日益重要的角色，使得人们无论是在炎热的夏季，还是在寒冷的冬季都能有舒适的生活环境，这就为空调的研发和生产提供了广阔的发展空间，因此，空调在中国的市场上来讲，前景是极为广阔的。本篇论文的题目为3500w热泵型分体挂壁式空调器的设计，本论文的主要的研究的是空调器的基本原理和实际的空调器的制冷过程，以实际生活中的空调原型为设计改造的基础和研究的依据，以能够更深层次的了解空调的设计的每个环节，增强对空调机组的整体认知为目的，进而展开的创新性的设计计算。本文主要讲述了两大部分内容：文献综述部分和设计计算部分。主要概述了现代制冷技术的发展，空调的基本原理和空调制冷的过程，然后对空调器的分类和各种不同空调器的特点作了简单的介绍，重点分析和说明了热泵型分体式空调器的组件和性能，并根据热泵型分体挂壁式空调器的发展前景及适用范围说明了本设计的意义，即热泵型分体挂壁式空调器的发展前景在未来的10-20年的发展潜力。根据综述中讲述的空调原理及制冷过程开始了该空调器的设计，分别对压缩机的选型问题和空调器的主要部件，即：蒸发器和冷凝器进行了详细的设计计算，其中的主要问题就是对蒸发器和冷凝器的传热面积进行校核，并根据蒸发器和冷凝器对风量的需求对风机进行了合理的选择，使其尽量不做到“大材小用”。基于分体式空调器占地面积小的特点，所以在此次设计中对机组之间的位置和管路进行了合理布局和精心的设计。在本次设计中因防止制冷剂的泄漏，而采用良好的焊接，保证室内机组和室外机组紧密连接。为了体现分体式空调器造型美观的这个优点，在设计中采用了圆弧性的面板，使其样式美观并与室内装饰相配套，以适应消费者的生活喜好，以及采用间接式出风方式，以防止因直接供风而造成的人体不适。对于制冷剂的选择主要考虑到对环境和使用效率等方面的影响，所以在设计中采用了对臭氧层破坏作用较少并且单位制冷量较高、应用效率较大的r22。总之本设计既体现了现有的热泵型分体挂壁式空调器的一些优点，又弥补了它固有的某些缺点，使它成为了既实用又美观的典型家用空调器。关键词： 蒸发器； 冷凝器； 风机； 制冷剂； 空调器引言空调技术是随着现代文明的进步发展起来的，在过去空调只出现在一些精密仪器、车间等工业场所，或者是一些比较重要的纪念馆或一些公共场所。现在科学技术的不断提高，使得空调越来越普及，在办公室，写字楼，住宅，旅馆等许多地方，你都能轻易地发现空调的身影。随着空调的需求量的日益增加，人们对空调的性能的要求也越来越多，所以对家用空调器的进一步研究也显得更加重要了。本论文的主要的研究的是空调器的基本原理和实际的空调器的制冷过程，以实际生活中的空调原型为设计改造的基础和研究的依据，以能够更深层次的了解空调的设计的每个环节，增强对空调机组的整体认知为目的，进而展开的创新性的设计计算。 热泵型分体挂壁式空调器是一种常见的机型，因其室内机组挂在室内的墙上而得名。其优点主要有如下方面：结构多样，噪音低，冷凝温度比较低，占地面积小，安装方便，维修方便，控温精确、操作方便。这种机型有制冷、制热和除湿功能；室内机组小巧玲珑，美观大方，噪音低；由遥控器操作控制，简单方便。由于分体式空调器具有以上特点，近几年来在我国发展迅速较快，款式也日新月异，非常受用户欢迎。我们在设计中力求使其优点得到充分的体现，并且努力弥补它的缺点，使它成为既实用又美观的典型家用空调器。26第一章 文献综述随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，制冷技术不仅在工业、农业、国防而且在人民生活中得到了越来越广泛的应用，特别是改革开放以来，电冰箱、空调器、冷库、冷藏柜、冷冻医疗器等制冷设备生产和使用的迅速发展，大大促进了我国制冷水平的提高。空调是空气调节的简称，它是一门工程技术，空气调节器(简称空调器)是一种人为的小型气候调节装置，它可以对房间进行降温、减湿、加热、加湿、通风、净化等调节过程，利用它可以调节室内温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而使人们获得新鲜而舒适的空气环境。这样，无论是炎热的夏季，还是寒冷的冬季，人们都能在一个舒适的环境里更好的工作和生活。1.1 现代制冷技术的发展现代的制冷技术是在18世纪中叶开始的，制冷技术得到了快速的发展。特别是近二十年来，制冷技术有了更大的发展，主要体现在以下几个方面：(1) 范围的扩展；目前人类能达到的最低制冷温度是用原子核绝热去磁的方法达到10-6k的低温。 (2) 热泵技术；人们利用逆向循环实现热量交换，因此热泵技术也列入制冷技术的范畴，热泵技术已成功应用于空调、化工、干燥等领域。 (3) 设备规模不断扩大、机组的种类和形式不断增多；用于空调的冷水机组制冷量可达7000kw。 (4) 计算机的应用；计算机技术的迅猛发展，也大大地推动了制冷技术的发展应用。计算机辅助设计cad和计算机辅助教学cam开始在制冷机生产厂家普遍应用，计算机仿真技术和计算机神经网络制冷设备为制冷机的发展做出了更的贡献。(5) 新制冷剂的研发；在近年来研究工作的基础上，美国杜邦公司已提出用hfc-134a(r134a)替代r12，用hfc-123(r123)替代r11等。不少国家正在积极研究有关cfc替代剂应用方面的技术问题。目前性能比较好、应用比较广的替代品为r22。1.2 空调器的基本工作原理1 空调器制冷时，压缩机压缩后将高温高压的气态制冷剂送入冷凝器，轴流风扇将室外空气吸入并冷凝冷凝器中的制冷剂，同时将热空气排至室外。冷凝器的高压液态制冷剂通过室内外机组的连接管及毛细管，降压后通入蒸发器中换热，吸收室内循环空气中的热量而气化，低压制冷剂蒸汽通过中间的连接低压管，过热后被室外压缩机吸入并压缩成高压蒸汽，再重复上述过程。循环流过蒸发器表面的空气，冷却后被离心式蒸发器风扇吹入室内，使室温下降。1.3 空调器的分类2随着科学力量的不断的发展和人们的需求的多样化，空调的种类日益翻新，根据分类的依据的不同，可以分为以下几种:1、房间空调按形式分为：整体式和分体式，整体式又分为窗式、穿墙式；分体式又分为挂壁式、柜式、吊挂式等等。2、按功能分类：风冷型(单冷型)、热泵型、电热型、热泵辅助电热型等。3、按空调器制冷、制热能力分大型空调机：卧室组装淋水式；表冷气式机组。中型空调机：冷水机组；柜式冷风机；恒温恒湿机。小型空调机：窗式空调机；分体式空调机(分体床置式；分体挂壁式；分体嵌入式；分体台式；分体落地式)；柜式空调器。4、按空调器系统分集中式空调：中央式空调。局部式空调：空调机组(单独式空调)。混合式空调：风机盘管与新风系统。5、按空调器用途分舒适性空调：温适度适应，环境舒适。恒温恒湿空调：对温适度有特别的要求。净化空调：对空气进行高度净化处理。6、按空调器使用场所分电子计算机房空调：恒温恒湿，对气流有特殊要求。医药卫生制药间实验室空调：具有恒温恒湿、净化功能。交通工具使用空调：船舰、车辆、飞机等。家庭用空调：室内空调温度调节。饭店商业用空调：属于舒适性空调，用于降温降湿。工业企业用空调：用于工业用精密机床、高精设备等空气调节。1.4 热泵型分体挂壁式空调器主要部件及整体结构31.4.1 热泵型分体挂壁式空调器整体结构本次设计题目为热泵型分体挂壁式空调器，分体式空调器是一种结构新颖的空调器(又称分离式空调器)，它由室内机组和室外机组组成。室内机组设有气、液管头；室外机组上设有气液管阀体；两机组在出厂前已抽真空，并在室外机组内冲灌规定量的制冷剂，阀体是关闭的。安装时，将两机组用制冷管道连接在一起，便构成了一个完整系统及整机。分体挂壁热泵型空调器由三大部分组成：一是室外机组；二是室内机组；三是两机组连接管路及配件。室外机组有压缩机、冷凝器、制冷管路、轴流风扇，室外机控制部件等组成。箱体为横长方体，面板前面为排风口，箱体侧后方为进风口；压缩机等部件置于箱内，箱体由此下部有制冷管路的连接阀。室外机的功能是将冷凝器散发的热量及时地被风机排除机外。室内机组由蒸发器、离心风机、空气过滤网、积水盘及排水管等组成。室内机组面板前方设有进风栅，内装有空气过滤网，又用来滤除空气中的尘埃与污物，面板下部为出风口导流板，冷热风由此吹出；导流板可上下移动；风向调节杆可左右移动，控制风的流向。面板由此底部设有指示灯，可显示压缩机的运转状态。手动遥控器可设置、调节空调器的运行。室内机组的功能是将室内的热空气吸入机内冷却后，再排入室内以达到降温的目的。室内室外机组由制冷管路和电源导线相连。制冷管路采用接头方式连接。电源导线两头有连线标志，可按说明书要求将室内、室外机组、制冷管路、电源导线，连在一起，构成一个完整的系统。1.4.2 热泵型分体挂壁式空调器制冷系统主要部件各种分体式空调器虽然外形、结构布置不一样，但其室内机组主要是由蒸发器、蒸发器风扇(离心式)、毛细管、电控开关组成；而室外机组主要是由冷凝器、冷凝器风扇(轴流式)组成，中小型分体式空调器的压缩机全为全封闭式压缩机，多放在室外机组。(1)蒸发器 蒸发器是制冷系统中一个主要的换热部件，其功能是将节流后的制冷剂在蒸发器内低压蒸发吸热，达到制冷目的。制冷剂在蒸发器内的大部分区域处于是蒸汽状态，湿蒸汽进入蒸发器时期蒸发的含量只占10%左右，其余都是液体。随着蒸汽在蒸发器内的流动与吸热，液体逐渐蒸发为蒸汽，蒸汽越来越多，当流至接近蒸发器出口处时，一般已成为干蒸汽，到蒸发器末段，继续吸热，成为过热蒸汽。室内机组的蒸发器是一种由紫铜管制成的换热盘管，外面嵌有铝合金散热的翘片，便于散冷散热。由于室内机组挂于墙上，手动操作不方便，所以壁挂式空调器都设有运动操作装置或者用遥控器操作。(2)冷凝器 其功能是将压缩机排出的高温过热蒸汽冷却成液态制冷剂，所放出的热量被冷却介质吸收后排至周围环境中。过热蒸汽在冷凝器中放热而变成液体时，过程一般如下。在排气温度下，过热蒸汽冷却为冷凝温度下的干饱和蒸汽。干饱和温度在冷凝温度tk下冷凝成饱和液体。这一过程，就是蒸汽凝结成为液体的过程。由于冷却介质(水或空气)的温度总是低于冷凝温度，故在冷凝器末端，饱和液体一般还可以进一步冷却，从而成为过冷液体。完成上述过程后，冷凝器放热过程结束。在此过程中，压力不变，温度下降。(3)过滤器 过滤器的主要任务是防止制冷系统堵塞(脏堵或动堵)，主要有货物过滤器和干燥过滤器两种了。有的系统安装一个过滤器，因内部装有吸潮剂和过滤网，也可同时起到双重过滤作用。(4)膨胀阀 毛细管 经膨胀阀和毛细管节流，高温高压的液态制冷剂绝热膨胀为低温低压制冷剂。膨胀阀还能起到调节蒸发器供液量的作用，是蒸发量最大限度的发挥效率。1.5 热泵型分体挂壁式空调器制冷制热系统工作原理制冷制热系统工作原理：当室内室外机组同管路连接后，打开室外机组上的液阀和气阀，制冷剂便从室外机组流入室内机组整个系统便连接在一起，构成了制冷制热系统。当机组接通电源后，用遥控器设定制冷状态，压缩机工作，系统内低温、低压制冷剂气体由压缩机吸入，压缩成高温、高压气体，在室外换热器中被空气冷凝为液体，经毛细管节流后，流入室内机，制冷机在室内换热器里蒸发吸热，使室内降温。蒸发后的制冷剂气体返回室外机，再次被压缩机吸收，压缩后排出，周而复始，实现制冷循环，达到房间降温的目的。热泵循环：机组接通电源，用遥控器设定制热状态，电磁换向阀线圈通电，压缩机工作，压缩机排出的高温、高压制冷剂气体先进入室内机的热交换器中，冷凝放热，使室内升温，冷凝后的高压液态制冷剂在室外机组中节流、蒸发后回到压缩机，如此反复，达到房间升温的目的。制热时，制冷机在系统中的循环是制冷时的逆循环，称热泵制热。1.6 热泵型分体挂壁式空调器优点及特性4 热泵型分体挂壁式空调器是一种常见的机型，因其室内机组挂在室内的墙上而得名。这种机型有制冷、制热和除湿功能；室内机组小巧玲珑，美观大方，噪音低；由遥控器操作控制，简单方便。 热泵型分体挂壁式空调器可自动调节房间温度，又制冷、制热、降温、空气循环与过滤空气功能，可为用户提供舒适工作、生活环境，是一种较理想的空调器。其优点主要有如下方面：(1)结构多样；它又分体挂壁式、落地式、吸顶式、吊顶式、台式等几种不同形式的室内机组，可满足于不同场合使用。(2)噪音低；因压缩机和冷凝器组合成的机组皆放在室外，机械部件运转时的噪声在室外面对室内环境噪声影响小。据测试分体式空调器的噪声一般都小于50db;质量好的产品一般低于40 db。(3)冷凝温度比较低；因冷凝器放在室外，不受外形尺寸的限制，传热面积和风量都可以适当放大，所以，冷凝效果好，制冷效率高。(4)占地面积小；分体式空调器由于一分为二，大部分运转机组皆安装在室外，因此，在室内安装的部分很少占用有效面积，不遮挡光线，引起外形美观、精巧，可其点缀房间的作用。(5)安装方便；它不像窗式空调器那样，一定要安装在窗上，安装地点灵活方便。室外机组的安装，只要摆放地点平整、遮光、安全即可。两机组用管道连接，严格性要求不高。(6)维修方便；放在室外阳台、屋顶、院内等地方的室外机组，全暴露在空间，以便观察与维护；安装在室内的机组，由于质轻，拆装也方便。(7)控温精确、操作方便；一般采用微型集成电路，控制灵敏，精度高，控制功能齐全，安装可靠。(8)采用回转式压缩机；它与活塞式压缩机相比具有体积小、重量轻、效率高、适应性强等优点。由于分体式空调器具有以上特点，近几年来在我国发展迅速较快，款式也日新月异，非常受用户欢迎。1.7 热泵型分体挂壁式空调器的发展前景及应用在现代社会中，制冷技术的应用已涉及到国民经济的各个部门以及人们的日常生活，伴随着生产力、国民经济的迅速发展和人民生活水平的快速提高，热泵型分体挂壁式空调器有着广大的发展空间和发展潜力。生活水平的提高使得人们对家居环境的舒适性和健康性的要求越来越高，但是现在一般的家庭居住面积都不是特别大，室内负荷小，采用中央空调会造成巨大的能源浪费。如果多家采用一套大型的中央空调系统，中央空调不容易计算费用的问题又随之而来，所以就目前中国的现状来说，像中央空调这种集中式的空调系统在我国还是无法广泛的应用。一般的家庭都会选择制冷量比较小，占地面积小的空调器。这样不仅能满足人们对舒适环境的需求，还能减少能源的浪费，又不会带来不必要的收费困难。现在小型家用空调也应该向着节能、直流变频、无氟和健康等方向发展。空调发展到现在，家用空调对节能型的要求也很高，目前，建筑能耗在社会总能耗中占的比重比较大，而空调的能耗在建筑能耗中占了非常大的比重。如何开发节能技术、空调能耗，是行业内的重要课题。电热型空调在制热时耗电量比较大，而热泵型空调却很好。所以现在应该开发节能性强的热泵型空调。发展无氟空调是大势所趋。臭氧层的破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采取的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。尤其是欧盟及美国等发达国家已禁止有氟空调进入国内市场。健康舒适性是多种技术的精华组合。健康是空调业发展的又一主题。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。像海尔空调那样，把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新丰、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，更发挥了巨大的威力，未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。空调气流的舒适度是健康的另一个标准：传统空调的送风方式简单直吹人体，可能造成伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新近推出的风可以从周围环绕，而不是对人直吹，通过改善了空调通风的气流分布，令人感觉更舒适的空调48种环绕立体送风，108种三维立体送风的健康空调成了热销产品也不足为奇了。当今最流行一代高科技产品变频型分体式空调器已在我国深圳问世，所谓变频，是指压缩机转速可在一个较大的转速范围内任意转换，改变空调机制冷制热量的输出。而传统的分体式空调器机的转速是固定的，因此制冷制热量也不便。综上所述，空调调节技术的发展，不仅要在能源利用上、能量的节约和能量转换和设备性能的改进系统的技术经济分析和优化及计算机控制等方面继续研究和开发，而且要进一步研究如何防止空调本身产生的污染，创造有利于健康的是和人类工作和生活的内部空间环境。可以预料，空调将由目前主要解决空间环境的温度和湿度的控制问题，即所谓的温度环境工程，发展到空间环境质量的全面调节与控制，即内部空间的人工环境工程。1.8 热泵型分体挂壁式空调器设计基本理念近年来对分体式空调器数量需求猛增，而生产出来的产品，性能越来越完善，发展中的热泵分体挂壁式空调器正在向着节能、环保、舒适和造型美观等方向兼容性发展，所以本次设计是基于热泵型分体挂壁式空调器在中国发展前景广阔这一商业契机，并以了解和认识热泵型分体挂壁式空调器的结构原理为目的而展开设计的，本次设计中我的基本想法有以下几点：第一 选用的是比较节能和高效的设备，以减少不必要的能量损失，提高空调器的实际工作效率。第二 是从环境保护的角度出发，采用早期制冷剂氟利昂的替代品r22。第三 改进空调出风口设计形状，使吹出的风不单是简单的直吹人体而是使吹出的风是立体风、旋转风，给人一种自然风的感觉。第四 使用更加便于掌控并且能够达到预期的效果。如果只要通风不要制冷时，可将主控开关旋至通风位置，此时制冷系统不工作，使通风系统的风扇工作；当需要制冷时，将主控开关旋至制冷位置，压缩机及室内外机组全部投入工作。需要改变房间的制冷程度如“强冷”或“弱冷”，或改变房间的通风状态如“强风”与“弱风”，都是通过改变室内机组中风扇的转速来实现的，这样就可以满足用户的不同要求了。第二章 3500w热泵型分体挂壁式空调器的设计说明书1本次设计的题目为：3500w热泵型分体挂壁式空调器，名义工况下的制冷量为3500w，制冷剂选择为r22(不选择r12的主要原因是出于环保的考虑，常用的氟利昂虽然适用广泛，制冷能力强，价格低廉，但是氟利昂对大气臭氧层具有破坏作用，并产生温室效应，在cfc中不含有h元素，使其在大气中的寿命很长，影响时间更为长久。例如cfc-13寿命为400年，cfc-12寿命约为120年，所以选择高效且较环保的制冷剂显得格外重要，r22则基本满足此要求。不选用r134a的主要原因是出于应用范围和适应性的角度考虑，r134a虽然在环保角度上是很杰出的制冷剂，但是仍有些不足之处，现在应用的范围不大，造价高、单位容积的制冷量较小，压力比较大，但能效比较小，特别是在低温下表现更为突出，另外与矿物性冷冻油互溶性差，对压缩机的橡胶密封圈、线圈等有一定的影响)。对于分体式空调器而言，按照hb68-88房间空气调节器用冷凝器、蒸发器的标准规定：空冷式冷凝器的名义工况和蒸发器的名义工况如表1和表2所示。表1 空冷冷凝器的名义工况空气侧迎面风速m/s2.5入口温度干球温度35.0湿球温度24.0制冷剂侧入口过热蒸汽温度95.0入口压力对应的冷凝温度54.4过冷度5.0表2 蒸发器的名义工况空气侧迎面风速m/s2.0入口温度干球温度27.0湿球温度19.5制冷剂侧膨胀阀前的过冷液温度46.1出口压力对应的蒸发温度7.2出口温度15.02.1 制冷循环热力计算2.1.1 冷循环参数及压焓图分体式空调器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 ， 膨胀阀前液体温度 46.1冷凝温度 54.4， 过冷温度 15, 吸气温度 20，室内干球温度 27， 湿球温度 19.5室外干球温度 35 ， 湿球温度 24 综上所述，循环的工作参数确定后，循环过程p-h图如图所示：图1. 循环过程p-h图p表示为制冷剂的压力值；h表示为焓值，单位为kjkg-1；2.1.2 各点参数值查r22饱和状态下的热力性指表和压-焓图得表3如下：1表三、r22饱和状态下各参数值t0/p0/mpatk/pk/mpat1/h1/(kjkg-1)t1/h1/(kjkg-1)7.20.62554.42.14615.041420.0418（续）v1/(m3kg-1)t2/h2/(kjkg-1)t4/h4/(kjkg-1)0.0418845146.1257.92.1.3 热力计算单位质量制冷量：q0=h1-h4=414kj/kg-257.9kj/kg=156.1kj/kg(此处计算用的是1点而不是1点，主要是考虑到无效过热的影响 )单位理论功：w0=h2-h1=451kj/kg-418kj/kg=33kj/kg制冷剂循环质量流量：qm=q0/q0=350010-3/156.1kg/s=22.4210-3kg/s实际输气量：qvs=qmv1=22.4210-3kg/s0.041m3/s=0.91910-3m3/s输气系数： =vptl其中：容积系数：v=1-c(pdk+pds)/pso1/m-11,其中压缩机的相对余隙容积c=5%，等端点多变膨胀指数m=1，pds=0.12pdk,多变压缩系数n=1.1，其中有关系为p0=pso；pk=pdk 得：v= 1-5%(pdk+pds)/pso1-1= 1-5%(1.12pdk/pso-1)= 1-5%(1.122.146/0.625-1)= 0.858压力系数： p=1-(1+c) psl/pso其中c=5%同上，取psl=0.06psop=1-(1+c) psl/(pso)=1-(1+5%)0.06/0.858=0.927温度系数： t =t0+(t1-t0)/a1tk+b1(t1-t0)对于家用制冷压缩机a1=1.15；b1值由图(b1与全封闭往复式压缩机制冷量的关系)查得b1值为0.48。 t =(15+273)/1.15(54.4+273)+0.48(15+273-7.2-273)=0.757泄露系数： l=0.970.99 取l=0.98所以输气系数：=vptl =0.8580.9270.7570.98=0.59压缩机理论输气量：qvh=qvs/=0.91910-3/0.59m3/s=1.5610-3m3/s压缩机理论功率： p0=qmw0=22.4210-333=739.8610-3kj/s=0.74kw压缩机指示功率： 求压缩机指示功率要先求出压缩比：= pdk/pso=2.146/0.625=3.434然后查图(i随和c的变化关系)压缩机指示效率i=0.85 所以压缩机指示功率：pi=p0/i=0.74/0.85kw=0.871 kw压缩机轴功率：取压缩机的摩擦功率pm=1.309id2snpm10-5其中=s/d取=0.5，d=43mm,则s=26.5mm,转速n=2820r/min。因为压缩机选用一个气缸，所以i=1，pm=0.20.5105pa,所以取pm=0.4105pa.得压缩机摩擦功率：pm=1.309143210-626.510-30.42820kw=0.072 kw所以压缩机轴功率：pe=pi+pm=0.871 +0.072kw=0.943kw 机械效率：m=pi/pe=0.892/0.943 =0.946轴效率： e=im=0.850.946 =0.804取电动机效率：mo=0.85,则电效率el=emo=0.8040.85=0.683输入电功率：pel=pts/el=0.74 /0.683 =1.08kwcop值：cop=q0/pel=3.5/1.08=3.2412.2 压缩机的选择及制冷剂流量校核1为空调机组配套的压缩机，可直接根据设计任务书中的工况和制冷量大小或按照循环的热力计算所求出的压缩机理论输气量数值进行选型。根据计算结果，并查表(空调用全封闭往复式压缩机系列主要及技术参数)，选用空调用f4.3q型全封闭往复式压缩机。额定制冷量为3815w，电动机输出功率为1100w，压缩机的理论输气量为1.5610-3m3/s，均能满足设计要求。选用全封闭式制冷压缩机的原因主要是因为全封闭式制冷压缩机的压缩机和电动机全部被密封在一个钢制外壳内，电动机在气态制冷剂中运行，结构紧凑，体积小，重量轻，密封性能好，振动小，噪音低，多用于家用制冷空调设备和小型商用制冷机械中。选用往复式压缩机的主要原因是因其能使用较广阔的压力范围和制冷量的要求；热效率较高，单位耗电量较少，特别在偏离设计工况运行时更为明显；对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价也比较低廉；技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富经验。表四、空调用f4.3q型全封闭往复式压缩机具体技术参数名义制冷量/w缸径/cm气缸工作容积/cm3电机额定功率/kw能效比电源(单相)38154.327.61.12.3220v/50hz该压缩机在名义工况下的制冷剂质量为：qm1=q0/q01=q0/(h1-h4)=381510-3/(418-257.9)kg/s =23.82910-3kg/s2.3 蒸发器设计计算在进行分体式空调器制冷量测定时，不考虑新风量，因此设计计算中可以假定进入蒸发器的空气状态即为室内空气状态。图2. 空气经过蒸发器的状态变化过程其中h表示焓值，单位为kjkg-1；d表示干度值；空气经过蒸发器是的状态变化如上图(空气经过蒸发器是状态变化过程)1所示。2.3.1 蒸发器进口空气状态参数蒸发器进口处空气干球温度tlg=27,湿球温度tls=19.5,查湿空气的h-d图，得蒸发器进口处湿空气的比焓值h1=55.8kj/kg,含湿量d=11.1g/kg,相对湿度=50%。2.3.2 风量及风机的选择 蒸发器所需的风量一般按kw冷量取0.05m3/s的风量，故蒸发器风量为：qv=3.8150.05=0.19m3/s=684m3/s,故选用风机应加余量所以再乘1.1得qv=6841.1=752.4m3/h.查df型低噪声离心通风机性能表，则选用df-2a型离心式通风机，该风机的风量qv=800m3/h(0.22m3/s),全压p=80pa,转速n=750r/min,配风电动机功率p=80w。声功率级为50db,结构安装形式为内电机型。2.3.3 蒸发器进、出口空气焓差及出口处空气焓值蒸发器进、出口空气焓差:h=h1-h2=q0/(qv)=3.815 /(1.20.22)kj/kg=14.45kj/kg蒸发器出口处空气焓值：h2=h1-h=55.8-14.45kj/kg=41.35kj/kg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t2g=15.6,含湿量d=10g/kg。将h-d图上的空气的进、出口状态点1、2相连，延长与饱和线相交，得t3=14,h3=39kj/kg5。2.3.4 初步确定蒸发器结构参数采用强制对流的直接蒸发器，连续整体式铝套片。紫铜管为10mm0.5mm,正三角排列，管间距s1=30mm,排间距s2=25.98mm,铝片厚=0.2mm,片距sf=2mm,铝片热导率=204w/(mk)。选用叉排的主要原因为：空气通过叉排管簇时的扰动程度大于顺排管簇，空气通过叉排管簇时的表面传热系数较顺排管簇高10%以上，因而选用叉排管簇好。每米管长翘片表面积:af =(s1s2-d02/4)2/sf=(0.030.02598-3.140.012/4 )2/0.002m2/m=0.7009m2/m每米管长翘片基管外表面积：ab=d0(sf-)/sf=3.140.01(0.002-0.0002)/0.002m2/m=0.0283 m2/m每米管长总外表面积：a0f=af+ab=0.7009+0.0283 m2/m=0.7292 m2/m每米管长内表面积：ai=di=3.140.0091 m2/m=0.02826 m2/m(其中管外径db =d0-20.0005m=0.009m)每米管长外表面积：ab0=dbl=3.140.01041 m2/m=0.03267 m2/m(其中管外径db=d0+2f=10+20.2mm=10.4mm)肋化系数：=a0f/ai=0.7292/0.02826=25.8肋通系数：是指每排肋管外表面积与迎风面积之比，即：a=a0f/(nay)=a0f/s1 =0.7292/0.3=24.3镜面比：是指最窄流通截面积与迎风面积之比，即：=(s1-d0)(sf-)/(s1sf)=(0.030-0.01)(0.002-0.0002)/(0.0300.002)=0.62.3.5 结构设计传热面积、管长及外形尺寸蒸发器沿空气流动方向传热管的排数以3至4排为宜，排数过多不仅增加了空气的流动阻力，而且换热效果并没有明显得到改善。取沿气流方向管排数n=4，迎风风速取f=2m/s,则最小截面流速为：max=f/=2/0.6 m/s =3.33 m/s迎风面积：ay=qv/f=800/(36002) m2=0.111 m2总传热面积：a0f=ayan=0.11124.34 m2=10.79 m2所需管长：l=a0f/a0f=10.79/0.7292m=14.80m取蒸发器高度方向为 10排，则蒸发器高：h=10s1+s1/2=(100.030+0.030/2)m=0.315m蒸发器长：l=ay/h=0.111/0.315m=0.352m蒸发器宽：b=ns2=40.02598m=0.104m2.3.6 传热温差m=(t1g-t2g)/ln(t1g-t0)/(t2g-t0)=(27-15.6)/ln(27-7.2)/(15.6-7.2)=13.32.3.7 传热计算所需传热面积(1) 空气的物性：空气的平均温度：tg=(tal+ta2)/2=(27+15.6)/2=22空气在22下的物性为：f=1.1966kg/m3；cpf=1005kj/(kgk)；prf=0.7026；f=15.8810-6m/s；(2) 最窄截面处空气流速：max=fs1sf/(s1-db)(sf-f)=2.0302.0/(30-10.4) (2.0-0.2)=3.4 m/s(其中管外径db=d0+2f=10+20.2mm=10.4mm)(3) 干表面传热系数：干表面传热系数可用下式计算：4=0.0014+0.2618(red)-0.4(a0f/ab0)-0.15=0.0014+0.2618(2226.7)-0.4(0.7292/0.03267)-0.15=0.00893(4是4排平均的表面传热系数；以管外径为特征尺寸的雷诺数：red =maxd0/f =3.40.01/15.8810 6=2226.7 )0 =a4fmaxcpf/(prf)2/3=0.008933.410051.1966/(0.7026)2/3w/(m2k)=46.20 w/(m2k)(4) 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5可得：h1=55.8kj/kg；h2=41.35 kj/kg； h3 =39kj/kg d1=11.1g/kg；d2=10g/kg；d3=10 g/kg。在蒸发器中空气的平均比焓为：hm =h3+(h1-h2)/ln(h1-h3)/(h2-h3)=39+(55.8-41.35)/ln(55.8-39)/(41.35-39) kj/kg=46.346 kj/kg在h-d图上按过程线与hm= 46.346 kj/kg 线的交点读得：tm=19.5；dm=10.5 g/kg；析湿系数：=1+2.46(dm-d3)/(tm-t3)=1+2.46(10.5-10)/(19.5-15)=1.27(5) 空气侧当量表面传热系数的计算：当量表面传热系数：aj=ac0(faf+ab)/(af+ab)对于正三角形、叉排排列的平直管束，翅片效率f可有式：f=th(mh)/(mh)计算，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比a/b=1，且m=b/db=30/10.4，故：=1.27m(a/b-0.3)0.5=1.2730/10.4(1-0.3)0.5=3.065肋片折合高度：h/ =db(-1)(1+0.35ln)/2=10.4(3.065-1)(1+0.35ln3.065)/2mm=22.765mm翅片参数m: m=2a0/(ff)0.5=246.201.27/(2370.210-3) 0.5=49.58故在凝露工况下的翅片效率为：f=th(mh)/(mh)=th(49.580.022765)/(49.580.022765)=0.81当量表面传热系数为：j=1.24646.20(0.810.7009+0.0283)/(0.7009+0.0283)=47.05 w/(m2k)(6) 管内r22蒸发时表面传热系数的计算：r22在t0=7.2时的物性：饱和液体比定压热容：cpl=1.18kj/(kgk)饱和气体比定压热容:cpg=0.76kj/(kgk)饱和液体密度：1=1261.02kg/m3 ；饱和蒸汽密度：g=22.06kg/m3汽化热：r=199.4kj/kg ；饱和压力：ps=0.625mpa表面张力： =10.810-3n/m ；液体粘度：1=23010-6pas气体粘度：g=12.210-6pas ；液体热导率：1=96.510-3w/(mk)气体热导率：g=9.810-3w/(mk) ；液体布朗特数：pr1 =cpl1/l=1.1810323010-6/96.510-3=2.81蒸汽布朗特数：prg =cpgg/g=0.7610312.210-6/9.810-3 =0.946已知r22进入蒸发器时的干度x1 =0.45,出口干度x2 =1.0,则：x=(x1+ x2)/2=0.725；则r22的总质量流量为：gm=q03600/(r(x2-x1)=3.53600/199.4(1-0.45)=114.9kg/h作为迭代计算的初值，取qi=9000w/m2,取r22在管内的质量流速qi=110kg/(m2s).则总流通截面：a =gm/(qi3600)=114.9/(1103600) m2=2.910-4 m2每根管子的有效流动截面：ai =di2/4=3.14160.0092/4 m2=6.4010-5 m2蒸发器的分路数：z=a/ai=2.910-4/6.4010-5=4.53根取z=4，则每一分钟r22的质量流量为：gmd= gm/z=114.9/4kg/h=28.73kg/h每分钟中r22在管内的实际质量流量：gi =gmd /（3600ai）=28.73 /(36006.4010-5) kg/(m2s)=124.7 kg/(m2s)于是沸腾特征数：b 0 = qi /(gir)=9.0/(124.7199.4)=3.6210-4 对流特征数：c0 =(1-x)/x 0.8(g/1)0.5=(1-0.725)/0.7250.8(22.06/1261) 0.5=0.06当c00.65时，c1 =1.1360，c 2 =-0.9，c3 =667.2，c4 =0.7，c5=0.3查图(各种制冷剂的ffl值)，可得r22的ffl值为2.2。ffl 取决于制冷剂性质的无量纲系数液相弗劳德数：frl= gi2/(12gdi)=124.7 2/(1261.0229.80.009)=0.11雷诺数：rel =gi(1-x)di /l =124.7(1-0.725) 0.009/23010-6 =1341.9液相单独流过管内的表面传热系数：1=0.023(re1) 0.8(pr1) 0.41/di=0.023(1341.9) 0.8(2.81) 0.4(96.510-3/0.009)=118.5 w/(m2k)管内沸腾的两相表面传热系数：i=1c1(c0)c2(25frl)c5+c3(b0)c4ffl=118.51.136(0.08142)-0.9(250.11) 0.3+667.2(3.6210-4) 0.72.2 =2212.4 w/(m2k)(7) 传热系数的计算：由于r22与润滑油能部分互溶，故管内污垢热阻可忽略，据文献介绍翅片侧污垢热阻，管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和（rw+rs+atrt/am）可取为4.810-3 (m2k)/w,k =1/at/(iai)+ rw+rs+atrt/am +1/j=1/0.7292/(0.028262212.4)+4.810-3+1/47.05 w/(m2k)=26.3w/(m2k) (8) 校核假设的qi值q0=km=26.313.3=349.79w/m2qi=at/iq0=0.7292/0.02826349.79w/m2=9025.7 w/m2计算说明，假设的qi初值9000w/m2与核算值 9025.7较接近，偏差为 0.28%，所以假设成立。(9) 传热面积计算a0 =q0/（km）=2500/(26.313.3)=7.15 a0f=10.79 m2因此，所设计的蒸发器能满足要求。2.3.8 空气侧流动阻力凝露工况下，气体横向流过整套叉排管簇时的阻力可按下式计算：p=1.29.81a(b/de) (max)1.7对于粗糙的翅片表面：a=0.0113当量直径：de =2(s1-d0) (sf-)/(s1-d0)+(sf-)=2(0.030-0.010) (0.002-0.0002)/(0.030-0.010)+(0.0020-0.0002)=3.3mm沿气流方向蒸发器长(即蒸发器的宽度)b= 104mm,空气密度=1.2kg/m3,凝露工况下取 =1.2，则p=1.29.810.0113(104/3.3)(1.23.33) 1.71.2 =53.01 pa h(80pa)所以，选择的df2a型离心式通风机能满足压头要求。2.4 冷凝器的设计计算分体式空调器的冷凝器均采用强制对流式空冷冷凝器，外套整体式铝片。2.4.1 冷凝器的热负荷根据循环的热力计算，冷凝器热负荷有以下公式计算：qk=qm1(h2-h3)其中 qm1 -压缩机的制冷剂循环量，单位为kg/s； h2-压缩机的实际排气比焓值，亦即制冷剂进入冷凝器时的比焓值，单位kj/kg； h3-从冷凝器派出是制冷剂的比焓值，单位为kj/kgh2=(h2-h1)/i+h1=(451-418)/0.83+418kj/kg=457.759kj/kg由于制冷剂在冷凝器内过冷5，故冷凝器出口制冷剂的温度：t3=54.4-5=49.4. h3=270.5kj/kg所以 qk=23.82910-3(457.759-270.5)kw=4.462 kw2.4.2 冷凝器进、出口空气参数冷凝器的进风温度等于室外干球温度，即ta1=35，取空气进、出口温度ta2-ta1=10,故冷凝器的出风温度ta2=45 ，冷凝器的冷凝温度 tk=54.4。2.4.3 风量及风机的选择冷凝器所需的风量：qv=qk/cp(ta2-ta1)=4462/1.21013(45-35)=0.367 m/s=1321.2m3/h选风机时，qv应乘以1.1，则qv=1.11321.2=1453.32m3/h查fzl型系列轴流式通风机性能表，选用350fzl-02型轴流式通风机，风量qv=30 m3/min=1800 m3/h,风压h=100pa,功率p=100w，转速n=1400r/min.2.4.4 初步规划冷凝器的结构采用强制对流的直接冷凝器，连续整体式铝套片。紫铜管为10mm0.5mm,正三角排列(叉排)，管间距s1=30mm,排间距s2=25.98mm,铝片厚=0.2mm,片距sf=2mm,铝片热导率=204w/(mk)。每米管长翘片表面积:af =(s1s2-d02/4)2/sf=(0.030.02598-3.140.012/4