毕业论文-10kgh制冷除湿机设计.docx

南京工业大学本科毕业设计（论文） 浦江学院 2016 届毕业设计（论文）题 目：10kg/h制冷除湿机设计专 业：热能与动力工程班 级： 浦热能1205姓 名： 指导老师： 起讫日期：2016.1-2016.62016 年 6月南京工业大学本科毕业设计（论文）10kg/h冷冻除湿机的设计摘要本课题研究的就是冷冻除湿机的设计。冷冻除湿机就是采用冷冻除湿的方法，将让室内的常温潮湿空气进入除湿机，并且通入作为冷却设备的蒸发器，冷却空气至露点温度以下，大量大于饱和含湿量的水汽就会冷凝液化析出，降低空气湿度。处理后的干燥空气再通过冷凝器升温到常温，通过出风口排出，从而达到降低空气湿度的目的。本课题的研究采用理论计算。根据原始参数已知的的除湿量，额定风量和制冷剂，先确定空气循环，再确定制冷循环。再根据制冷循环，确定空气进出口的温度，从而选择适合功率和风量的压缩机。然后根据计算得到的结果，设计蒸发器冷凝器等换热设备，确定其大小尺寸并进行校核计算。温通过对本课题的研究表明，空气的相对湿度对我们的生产生活具有举足轻重的影响。冷冻除湿机可以有效的控制和调节空气的相对湿度。可见冷冻除湿机有着广泛的应用前景。同时，其技术上的难题也需要时间去慢慢解决。关键词：冷冻除湿 蒸发器 冷凝器 IThe design of 10kg/h refrigeration dehumidifierAbstractThe design of this topic research is dehumidifier. Refrigeration dehumidifier is the use of refrigeration dehumidification method, will keep indoors at room temperature in moist air to enter the dehumidifier, and access as evaporator cooling equipment, cooling the air below the dew point temperature, a large number of more than saturated humidity amount of water vapor can be condensed and liquefied precipitation, reduce air humidity. The dry air and through the condenser warming to room temperature, is discharged through the air outlet, so as to achieve reduce the humidity of the air.This topic research with theoretical calculation. According to original parameters known dehumidification capacity, the rated air and refrigerant, make sure the air circulation, to determine the refrigeration cycle. according to the refrigeration cycle, determine the temperature of air import and export, so as to choose suitable for power and air compressor. Then according to the calculated results, the design of evaporator condenser and other heat exchange equipment, determine its size and checking calculation.Through the study of this topic, the relative humidity of the air a decisive role in the production and living of us. Freezing dehumidifier can effectively control and adjust the relative humidity of air. Visible refrigeration dehumidifier has a broad application prospect. At the same time, its technical difficulties are need time to solve slowly.Key words: refrigeration; evaporator;condenser1目录摘要IAbstractII目录IV第一章 绪论11.1制冷除湿机的研究背景11.2制冷除湿机的分类21.3制冷除湿机的工作原理21.4制冷除湿机的研究现状21.5制冷除湿机的结构分析3第二章 设计计算说明书52.1原始数据参数52.2循环计算52.2.1湿空气的计算52.2.2压缩机的选型62.2.3根据所选压缩机校核除湿量72.2.4单级压缩制冷循环的设计计算92.3蒸发器的设计计算112.3.1确定蒸发器进口与出口空气状态参数112.3.2确定蒸发器的结构参数112.4风冷冷凝器的设计202.4.1风冷冷凝器的结构202.4.2风冷冷凝器的设计计算212.5调温除湿机主要换热器的结构参数25结 语27致 谢30V第一章 绪论1.1 制冷除湿机的研究背景随在我们的生活和生产环境里，空气的相对湿度扮演着不可缺少的角色。而可以对空气相对湿度进行控制和调节的除湿机，也越来越受到人们的广泛关注。首先，在生活中，人体对环境湿度有着较高的要求1。实验证明，当空气相对湿度在50%60%时，人体的感觉最为舒适，也不容易引起其他问题。过大或者较小的空气湿度，都会对人体健康造成影响。湿度过大时，人体中松果激素含量增加，体内的甲状腺素以及肾上腺素浓度减小，人就会变的萎靡，无力，长期长期处于高湿度的环境中容易患风湿性、类风湿性关节炎等疾病。相反，当湿度较小时，人体内的水分更加容易蒸发流失，皮肤就会干裂，就会出现口渴，干咳，咽痛，极易引发气管炎，肺炎等病症。在生产中，空气相对湿度影响着工农业的生产工艺流程以及后续物资的储存和运输。环境湿度过高时，钢铁产品以及机器设备就会更加容易腐蚀，食品也会腐烂。制冷除湿机的优点有很多，如除湿效果好，使用费用低，对环境要求低，不要求冷热源，操作灵活简便易上手。所以，在南方的大部分地区，冷冻除湿机被应用于办公室，档案室，图书馆，仓库，研究室，储藏室等对环境空气湿度有一定要求的地方25。除湿机行业的发展非常依赖出口，其在国内的市场容量非常有限。21世纪始，国内生产除湿器的企业出口机器约20多万台，之后的5年，这一数据迅速增长到200多万台。而那一年国内的销售总量是260万，其中的90%都是用于出口。商业机的市场还未真正发展，状况类似家用机器，处于被动局面。究其原因，主要还是大众的消费意识和消费水平跟不上，其次，产品的宣传以及高新科技产品的研发也不能带动大众的需求。许多单位和场所需要用到除湿机，但对产品不了解，所以并未列入采购计划68。根据2015年中国产业调研网发布的中国除湿机行业现状研究分析及发展趋势预测报告表明，工业除湿机领域的情况则大大不同。工业除湿机多以内销为主，出口为辅。国内销售量占销售总量的60%9。11.2制冷除湿机的分类根据使用功能可分为一般型，降温型，调温型和多功能型除湿机10。一般型除湿机是先将空气通入蒸发器冷却后除湿，再经过再热器升温，减小相对湿度。其中，制冷剂的冷凝得到的热量通过流经再热器空气带出。一般型除湿机的出风口温度不可调节。降温型除湿机是制冷剂冷凝得到的热量通过风冷或者水冷冷凝器带出，小部分热量用来加热流经蒸发器的空气用来降温的除湿机。（本文所设计的就是这种除湿机）调温型除湿机是小部分剩余的制冷剂冷凝热量用于加热蒸发器后的空气，可对出风口温度进行自行调节的除湿机。多功能型除湿机是指包含一般型，降温型，调温型，在无风冷或者水冷时，仍然可以选择进行升温除湿的除湿机1013。1.3制冷除湿机的工作原理制冷除湿机除湿过程可分为内循环和外循环两个过程，整个除湿过程遵循能量的转换和守恒定律14。制冷除湿机的内循环，压缩机将低温低压的制冷剂吸进来然后压缩成高温高压的气体，经过冷凝器散热后变成中温高压的气体，再经过毛细管节流后变成低温低压的液体，低温低压的液体在蒸发器中冷却液化析出变成低温低压的液体，再被压缩机吸进去压缩成高温高压的气体，循环往复的过程。制冷除湿机的外循环，第一步是将常温湿空气送入机器，第二步是将常温潮湿空气水蒸气通过蒸发器液化析出，第三步是将通过蒸发器处理后的空气经冷凝器升温到常温状态下排出，循环往复的过程。整个过程遵循能量守恒定律1517。1.4制冷除湿机的研究现状制除湿机一般有空气循环系统和制冷循环系统组成。冷冻除湿原理详情可见由图1，除湿过程中空气参数在焓湿图上的变化见图218。 图1-1冷冻除湿原理 图1-2湿空气处理过程空气循环系统：湿空气进入除湿机后，在蒸发器2中冷却到露点温度下，在焓湿图中，从1点位置到2点位置，冷凝析出大量水分，含湿量降低，然后再热器中吸收制冷剂的大量热量温度升高，含湿量下降，到达3位置，除湿结束，将干燥空气送入房间1921。制冷循环系统：压缩机压缩得到的高温高压制冷剂气体进去冷凝器，传递大量热量，冷凝液化变成常温液体，经过膨胀阀节流后进去蒸发器吸收热量变成低温低压气体，再进入压缩机压缩，循环2124。1.5制冷除湿机的结构分析冷冻除湿机主要由压缩机，换热器（蒸发器和风冷式换热器），膨胀阀等部件组成。冷冻除湿机的设计只要单级压缩制冷循环中蒸发器和冷凝器的设计。根据除湿量确定湿空气的出风状态，再选择制冷剂的蒸发，冷凝温度，确定制冷循环。然后结合制冷循环，选择压缩机2527。设计蒸发器和冷凝器的时候，通过热力计算和换热器的结构计算确定蒸发器和冷凝器的结构，计算实际的制冷量和散热量，并根据理论的制冷量和散热量进行校核，从而确定空气实际的出口温度以及制冷系数2829。最后将设计出来的各部件进行合理摆放，布局。以下是本产品结构示意图：图1-3除湿机结构示意图 潮湿空气进入机内，通过热交换器，此时空气中的水份冷凝成水珠，变成干燥的空气排出机外，如此循环使室内湿度降低30。7南京工业大学本科毕业设计（论文）第二章 换换计算说明书2.1原始数据参数 已知环境条件： 干球温度：27 额定风量：3000m3/h 湿球温度：21.2 除湿量：10kg/h 制冷剂：R222.2循环计算2.2.1湿空气的计算 查焓湿图的空气状态（1点）参数：干球温度：27 含湿量：d=13.6 g/kg 湿球温度：21.2 比热容：v=0.868m/kg露点温度：18.5 焓值：h=61.8kJ/kg 相对湿度：图2-1湿空气处理图表 2-1湿空气计算序号数值名称符号单位计算公式结果1状态 1 干球温度已知272状态 1 湿球温度已知21.23状态 1 空气的焓kJ/kg查图61.84状态 1 相对湿度%查图595状态 1 含湿量g/kg查图13.66额定风量m3/h已知30007除湿量kg/h已知108状态 2 含湿量g/kg10.829状态 2 空气焓kJ/kg查图4410所需制冷量kW压缩机的选型压缩机采用谷轮公司的ZR81KC-TFD-522 型压缩机，采用冷凝温度为45，蒸发温度为 5的设计，制冷量为19.69kW。压缩机参数如下表（表2-2）表2-2 压缩机参数型号ZR81KC-TFD-522马力（HP）6.8制冷量（W）19690输入功率（kw）5.83输入电流（A）15底角尺寸（mm）190重量（kg）40.9高度（mm）462图2-2 实际空气处理图2.2.3根据所选压缩机校核除湿量 校核除湿量表2-3所示 南京工业大学本科毕业设计（论文）表2-3校核除湿量计算序号数值名称符号单位计算公式结果1状态1干球温度已知272状态1湿球温度已知21.23状态1空气的焓kJ/kg查图61.84状态1相对湿度查图605状态1含湿量g/kg查图13.66额定风量m3/h已知30007除湿量kg/h已知108压缩机制冷量kW已知19.699状态2空气的焓kJ/kg42.1110状态2相对湿度假定9511状态2干球温度查图15.812状态2 湿球温度查图15.213状态2含湿量g/kg查图10.514实际除湿量kg/h11.6 2.2.4单级压缩制冷循环的设计计算初步确定制冷剂的蒸发温度为5，冷凝温度为45。查R22压-焓图（图）,得制冷剂各点的温度、压力、焓值，详细见表2-4。表2-4 各状态点参数状态点参数单位R22备注15等温线t1与等压线p0的交点就是吸气状态1点590405.20.048340269根据等焓线h2与等压线p2的交点就是压缩过程终点21780440.8345在3点，制冷剂蒸汽开始凝结1780415.3445t4为饱和液体温度1780257.655t5为蒸发器入口温度590257.6根据以上数据，我们可以进一步计算出单级压缩制冷循环的热力性能的其他各项指标，详细列于表2-5中表2-5制冷循环热力性能指标序号项目符号单位计算公式结果1单位制冷量147.62单位容积制冷量3208.73制冷剂流量0.1334压缩机单位耗功35.65压缩机理论功耗4.756压缩机指示功率5.597冷凝器单位散热量183.28冷凝器总散热量24.369理论制冷系数4.1510实际制冷系数2.9911卡诺循环制冷系数6.9512热力完善度0.572.3蒸发器的设计计算2.3.1确定蒸发器进口与出口空气状态参数蒸发器入口空气状态参数：干球温度：27 ；含湿量：d=13.6 g/kg ；焓值：h=61.8 kJ/kg。蒸发器出口空气状态参数：干球温度：15.8 ；含湿量：d=10.5g/kg ；焓值：h=42.11 kJ/kg。2.3.2确定蒸发器的结构参数采用连续整体式铝套片，外径 d0=12mm，铜管厚度p=0.9mm，正三角形排列，管间距S1=30mm，S2=25mm，翅片选用铝套片，铝片的导热系数为=204w/(m.k),铝箔片厚=0.2mm，片距Sf=3mm，翅片高h=9mm取空气流动方向排数为5排，取迎面风速2.5m/s。具体结构参见下图图2-3 蒸发器结构参数示意图蒸发器换热管相关参数如下表 2-6 所示表 2-6 换热管参数序号项目符号单位计算过程结果备注几何参数计算1套片后管外径12.42管内径11.13当量直径4.834沿气流方向的套片长度1045每米管长翅片的外表面积0.4396每米管长基管外表面积0.0367每米管长总外表面积0.4758每米管长内表面积 0.0349每米管长外表面积 0.03910肋化系数14.011肋通系数15.8312净面比0.5613最窄面空气流速4.46管外空气侧参数计算1平均温度21.42密度查表1.1973比热查表10054普朗特数查表0.7035动力粘度查表15.171066传热系数查表0.0267空气比体积查表15.810-68雷诺数8829空气侧干表面传热系数55.04查表c=0.23,n=0.65蒸发器内空气相关计算1空气进口焓已知61.82空气进口湿度已知13.63空气出口焓已知42.114空气出口湿度已知10.55析湿系数1.676循环空气的质量流量36007进口状态干空气比体积0.8698循环空气的体积流量31289翅片参数59.510翅片参数2.4211翅片参数1.8612翅片参数6.210-313肋片折合高度12.2814肋效率0.8115翅片效率0.824416当量表面传热系数75.77管内制冷剂计算1饱和液体密度查表格12642饱和蒸气密度查表格24.83液体热导率查表格0.0934R22气化热在t0=5时的查得2015R22液体黏度在t0=5时的查得0.21410-36质量流量已求得0.1337R22液体普朗特数在t0=5时的查得2.628R22入口干度0.199R22出口干度110管内热流密度取1050010500参考制冷技术与装置设计10管内质量流速取310310参考制冷技术与装置设计11总流通面积4.310-412每根管子有效截面积9.513蒸发器分路数根5取Z为514每一分路中制冷剂质量流量0.026615每一分路实际流速28016制冷剂侧换热系数2056.43制冷原理及设备17沸腾特征数1.8410-418对流特征数0.10319液相弗劳德数0.45520液相雷诺数582921液相传热系数294.1822两相表面传热系数4971.823对数平均温差15.7424传热系数48.0925外热流密度756.9核算26内热力密度10529.8核算27计算表明，(10500-10529.8)/10500=-0.28%2.5% 假设有效蒸发器结构尺寸计算1所需内部传热面积1.8752所需外部传热面积26.013热管长54.774所需迎风面积0.355蒸发器宽度取0.70.76蒸发器高取0.650.657实际迎风面积0.428每排管数根209所需热管根 8010所需排数排411热管总长6412实际管内换热面积2.17613实际外部传热面积30.414沿空气流向深度0.10415校核 各个部分均保持了一定的充裕量蒸发器管内制冷剂的流动阻力的计算1R12管内蒸汽流动阻力31.312R22管内蒸发流动阻力32.883由于在蒸发温度5时R22的饱和压力为584.32KPa，流动阻力损失仅占饱和空气压力的5.6%，因此流动阻力引起的蒸发温度变化可忽略不计。4空气侧特征数可查的5平直套片表面引起压降16.676管子表面引起压降4.37总阻力20.978凝露工况下的阻力26.952.4风冷冷凝器的设计2.4.1风冷冷凝器的结构风冷冷凝器采用自然对流管片式空冷冷凝器，连续整体式铝套片。紫铜管为为120.9 mm 正三角形排列，垂直于流动方向的管间距S1=25mm，铝片厚=0.2mm，考虑风源热泵的结霜特性，取翅片距Sf=2mm，铝片导热系数=204W/(mK)。2.4.2风冷冷凝器的设计计算其设计计算如下：表2-5-2 风冷冷凝器的设计计算序号项目符号单位计算过程结果备注几何参数计算1冷凝温度已知452进口干球空气温度已知15.83空气的体积流量已知0.874干空气密度查表1.25干空气比热查表10056冷凝器负荷已知243607干空气出口温度39.028对数平均温差14.649迎风面积0.34810迎风面高度取值0.611有效单管长0.5812迎风面管根数根2413每米管长翅片表面积0.67814每米管长基管外表面积0.03515每米管长总外表面积0.71316每米管长内表面积0.03517翅片宽度0.108取n=518最窄截面当量直径0.031919肋化系数20.3720肋通系数28.5221净面比0.46822最窄面流速5.34冷凝器传热计算1雷诺数973.42参数54.233相关系数查表3-180.088参考小型制冷装置设计指导4相关系数查表3-180.700参考小型制冷装置设计指导5相关系数查表3-191.035参考小型制冷装置设计指导6相关系数查表3-19-0.164参考小型制冷装置设计指导7空气侧的表面传热系数62.888翅片参数m62.49翅片参数2.4210翅片参数1.8611翅片参数6.210-312翅片效率=(ab+af)/aof0.8913肋片折合高度12.2814肋效率0.7915物性系数查表3-111386参考小型制冷装置设计指导16冷凝器表面换热系数1019.517冷凝器总传热系数32.86冷凝器结构尺寸计算1冷凝器所需的传热面积50.632所需有效翅片管总长713沿流动方向的管排数排与假设的管排数相符54实际有效总管长845实际传热面积59.8926校核传热面积(59.89.-50.63)/50.63=18%即实际布置冷凝面较传热计算所需传热面积大。可作为冷凝传热面积的富余量。7空气流过冷凝器的阻力42.68 2.5调温除湿机主要换热器的结构参数表2-5 主要换热器的结构参数项目符号单位结果蒸发器高度B700宽度H650热管排数n排4每排热管根数Z根20传热系数K48.09风冷冷凝器高度B700宽度H700热管排数n排5每排热管根数Z根24传热系数K32.86结 语本论文阐述了冷冻除湿机的设计思路，通过已知的环境参数和制冷量进行产品设计研发。对研发产品工程能力有一定的要求。本课题选题合理，工作量饱满，机械制图要求比较高。通过本课题的设计可以综合大学4年所学知识的运用能力，特别是工程热力学、传热学、流体力学、制冷技术及相关专业课程的知识应用，同时也要求具备一定创新能力。因为这方面的设计资料比较欠缺，完成所有设计要求学生先完成设计计算、再对总装图和零部件图纸作出合理设计，通过本毕业课题的设计有利于我们工作尽快适应工作岗位的设计要求，锻炼我们的实践动手、动笔能力，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。设计时，参考借鉴了了大量的书籍资料以及国外先进技术。通过对本课题的研究设计，对制冷除湿机在生产和生活中的应用有了更加深入的了解，为我们以后进入这个行业打下了坚实的基础。本设计的研究采用理论计算，主要进行了系统的热平衡计算，即空气循环的计算和制冷循环的计算。此次设计内容丰富，主要包括蒸发器，冷凝器等换热器设计，压缩机大小风量的选择等。综合运用各方面的专业课程的知识和技能，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。本设计从开始到完成，过程艰辛曲折，经过多次不断更正修改，鉴于本人知识水平，以及能力限制，可能还有欠缺的地方，请大家指出修正。31南京工业大学本科生毕业设计（论文）参考文献1 眭晋华,史红梅,眭广瑞.空气湿度及其影响J.山西科技.2011,26(3):146-1472 周子成.我国空调压缩机制造业的现状发展方向J.制冷与空调,2004,12(3):1-73 张兴娟,等.中国替代制冷剂技术现状及展望J.制冷报.2001,17(1):33-384 林来豫,庞宪卿,赵永顺,等地下建筑专用全新风无级调载除湿机的研制J.暖通空调,2006,36(2):51-555 黄剑云.冷冻除湿设计探讨J.机电工程技术技术.2002,31(7):66-686 李德寅,赵茵.制冷系统除湿运行风量优化控制研究J. 科技致富向导. 2012(3):66-727 王恕清,张傲,张为民,卢允庄.调温型除湿机“调温盲区”应用研究刍议J. 制冷与空调.2009,9(4):7-108 赵中岩.热虹吸管除湿系统的仿真计算与设计D.南京师范大学.20129 李玉春,董明伟.变频空调器除湿性能的试验研究J. 制冷学报. 2008,32(3):25-2910 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