KC-35窗式空调器的设计及三维模拟

KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟摘 要窗 式 空 调 器 的 优 点 是 价 格 低 廉 ，安 装 方 便 ，维 修 方 便 ，用 电 量 小 ，密 封 性 好 。但 主 要 存 在 噪 音 大 ，振 动 大 的 缺 点 。本 文 是 对 窗 式 空 调 器 的 整 体 结 构 和 制 冷 系 统的设计。本文设计的是KC-35型窗式空调器， 对制冷系统进行了设计计算，根据结果用三维软件对空调器的各个部件进行了三维模拟，包括：压缩机，蒸发器，冷 凝 器 等 零 件 ，本 设 计 使 窗 式 空 调 器 的 结 构 更 加 直 观 ，空 调 器 的 COP值 为 3.4。关键词：窗式空调器，设计，模 拟IKC-35 窗式空调器的设计及三维模拟AbstractThe advantages of Window-type air conditioner are low cost, easy installation,easy maintenance, small power consumption, a good seal. But the existence of noise,vibration is major shortcoming. This design is KC - 35 window- type air conditioner.This involves the refrigeration system parameter design calculation. According to thedata of air conditioner, using 3d software components of a three-dimensionalsimulation, including: compressor, evaporator and condenser, etc. This design makesthe structure of window-type air conditioner more intuitive, The COP about this airconditioner is 3.4.Keywords: window-type air conditioner, design , simulationIIKC-35 窗式空调器的设计及三维模拟目 录第一章 前言.11.1 选题背景 .11.2 研究意义 .11.3 文献综述 .21.4 研究的基本内容 .6第二章 设计计算 72.1 制冷循环热力计算 .72.2 压缩机的选择及制冷剂的校核.112.3 蒸发器的设计.112.4 冷凝器的设计.222.5 毛细管的选择 27第三章 三维模拟293.1 Solid edge 简介 293.2 创建模型的步骤. 303.3 解决的问题 .36第四章 结论及展望 374.1 结论 374.2 展望 37参考文献 39致 谢 40附 录 41声 明.42IIIKC-35 窗式空调器的设计及三维模拟第一章 前 言1.1 选题背景窗 式 空 调 器 是 空 调 器 最 初 的 形 态 。2001年 到 2004年 连 续 四 年 里 ，中 国 空 调 市场 经 历 了 高 速 增 长 的 阶 段 ，但 是 到 2005年 ，中 国 空 调 市 场 开 始 放 缓 。采 用 高 科 技 ，创 新 产 品 已 成 为 企 业 必 经 之 路 。在 2006年 全 球 铜 和 石 油 等 原 材 料 价 格 大 幅 上 涨 的情 况 下 ，空 调 出 货 量 却 为 7060万 多 台 ，房 间 空 调 器 （主 要 用 于 室 内 ，包 括 窗 式 空调 和 无 风 管 分 体 式 空 调 ）以 及 柜 式 空 调 器 的 全 球 市 场 规 模 竟 然 在 逆 境 中 达 到 了 创纪录的历史最高水平 1。在 2006年 、2007年 美 国 、日 本 窗 式 空 调 器 实 现 了 爆 发 性 的 增 长 。炎 热 天 气 、地 产 市 场 的 茁 壮 发 展 以 及 大 量 价 廉 的 房 间 空 调 器 的 进 口 是 出 现 快 速 增 长 的 主 要 原因 。和 其 他 工 业 产 品 一 样 ，空 调 也 被 认 为 对 环 境 产 生 了 负 面 影 响 。2008年 ，由 于金融危机这股暴风的袭击，空调市场正面临着严峻的考验 2。市 场 是 残 酷 的 ，09年 空 调 企 业 的 出 路 ，绝 对 不 是 寻 求 政 策 扶 持 ，而 是 积 极 谋求 自 身 进 步 ，增 强 企 业 的 自 身 实 力 ，争 取 走 在 行 业 的 前 列 。先 行 一 步 ，才 能 不 落后 于 行 业 ，只 要 企 业 对 市 场 变 化 采 取 积 极 应 对 的 措 施 ，抛 弃 掉 “苟 且 偷 生 ”的 侥幸 心 理 ，09冷 年 空 调 市 场 仍 然 是 可 以 乐 观 期 待 的 。如今，中国已经成为空调产品的全球制造中心，美国销售的大部分窗式空调和 日 本 销 售 的 半 数 左 右 的 房 间 空 调 器 都 是 从 中 国 进 口 的 。在 巴 西 ，65%的 房 间 空 调器是窗式空调，其它都是无风管分体空调。非洲 对于中国空调厂家来说是扩展业务的又一新市场 1。但 是 ，随 着 产 品 成 本 上 升 和 人 民 币 升 值 ，中 国 空 调 厂 家 需 要 发掘新的保持优势地位的途径。中国政府加强了对能效和环境保护的支持，如果能使窗式空调达到减振降噪的效果，中国的产品将在国际市场上抓住更多的机遇。1.2 研究意义空 调 可 自 动 调 节 室 内 的 温 度 、湿 度 ， 给人们创造一个舒适的生活环境或者是工作环境。因此，深受人们的青睐，其发展突飞猛进 。目前已有窗式、分体式、壁挂式、柜式和中央空调等各种系列。我国生产的空调器的历史并不长。窗式空调器可称为空调系列的“元老”。由于窗式空调器的一些缺点，现在在我国窗式空调器已逐渐被其他类型的空调器所取代，但是在美国、日本、澳大利亚、巴西等其他国家的窗式空调器凭借着窗式空调器价格低廉，安装方便，维修方便，用 电量小，密封性好、制冷剂不易泄1KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟漏，能自动地调节房间内温度，并可随意调节房间内气流方向，给人感觉舒适等优点仍占有主要的市场竞争力。如果把窗式空调器的噪音大，震动大的缺点改善，相信我国的窗式空调器在国际市场上将有更大的潜能。2008年“金融危机”将整个制造业带入了冬天，一些中小型空调企业面临倒闭，相信只有积蓄能量、寻求突围才是正道。通过此次设计，我希望可以让大家重新注意到窗式空调器的存在，了解它的优点。1.3 文献综述空 调 器 是 一 种 用 于 给 房 间 (或 封 闭 空 间 、区 域 )提 供 处 理 空 气 的 机 组 。它 的 功能 是 对 该 房 间 （或 封 闭 空 间 、区 域 ）内 空 气 的 温 度 、湿 度 、洁 净 度 和 空 气 流 速 等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求 3。我 国 虽 然 破 解 了 热 泵 空 调 器 的 难 题 ，但 之 后 我 国 家 用 空 调 主 要 改 进 空 调 器 的外 形 和 颜 色 。从 第 一 代 格 栅 式 面 板 到 第 二 代 格 栅 式 面 板 是 家 用 空 调 器 产 品 外 观 的一 种 进 步 ，这 种 进 步 不 仅 表 现 在 体 积 的 变 小 、外 观 的 美 化 上 ，更 体 现 在 对 室 内 机蒸发器折式的改变和空调器系统能力的提升上 4。从 格 栅 式 面 板 到 光 面 板 时 代 ，空调 器 更 加 时 尚 、更 加 现 代 。逐 渐 的 ，工 厂 对 彩 色 面 板 产 品 的 开 发 和 推 广 更 为 大 胆和豪放，单一白色的产品少之又少。家 用 空 调 产 品 在 技 术 的 发 展 一 直 倍 受 争 议 ，变 频 、节 能 、环 保 三 大 技 术 发 展趋 势 在 目 前 的 行 业 环 境 下 缺 乏 支 持 其 大 规 模 突 围 的 市 场 基 础 ，换 句 话 讲 ，家 用 空调 产 品 难 以 通 过 革 命 性 的 技 术 创 新 来 创 造 新 的 需 求 。相 反 ，技 术 的 微 调 所 带 来 的产 品 外 观 的 改 变 正 成 为 一 种 不 可 阻 挡 的 潮 流 ，而 这 种 潮 流 之 所 以 能 成 为 现 实 ，与新 时 代 中 人 民 居 住 环 境 的 改 变 和 审 美 观 念 的 变 化 相 吻 合 ；况 且 ，对 于 工 厂 来 讲 ，改变产品外观所需的成本并不是很高 4。更 严 重 的 是 最 近 几 年 中 空 调 产 品 的 质 量 问题 越 来 越 严 重 。我 们 注 重 的 不 应 该 是 色 彩 ，也 不 应 该 是 外 观 ，改 善 技 术 才 应 该 是主流。增大窗式空调的国际市场占有率，首先就是要改善窗式空调的弊点。窗式空调器现在主要存在噪音大，振动大的缺点窗式空调的噪声大噪声是一大公害，它对人们的生活和环境危害极大，环境噪声主要引起人们的烦恼，干扰人们的工作、休息和睡眠，并造成心理和生理方面的损害，如紧张和疲劳、食欲减退和理解力损失、 头痛和神经性症候群等等。因此，噪声大的空调器不但对使用者造成损害，对左邻右舍也造成影响。所以，降低空 调器的噪声2KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟势在必行 5。从 窗 式 空 调 器 的 结 构 、工 作 原 理 以 及 对 它 的 测 试 分 析 可 清 楚 看 出 ， 窗式空调器工作时产生的噪声主要由气动噪声、机械噪声及电磁噪声三大部分组成。1).气动噪声气 动 噪 声 是 窗 式 空 调 器 的 主 要 声 源 ，约 占 整 机 噪 声 的 68%-85%，它 是 由 空 调 器的离心风扇和轴流风扇产生，并经风道向外传播。气动噪声分宽带噪声和离散噪声两部分 6。宽带噪声在气动噪声中占有相当重要的地位。具体可分为进气紊流噪声、二次涡流噪声、尾缘涡流脱落噪声和边界层紊流噪声四部分，其发声机理如下:a.进气紊流噪声是由于叶轮前有热交换器或其它障碍而引起进气紊流脉动而发出的一种宽带噪声;b.叶尖二次涡流噪声是由于叶片的压力面与吸力面之间存在压力差，使气体在叶尖端面与管壁之间的间隙内，从压力表面流向吸力面时从而形成叶尖二次涡流噪声;c.尾缘脱落噪声是叶片上的紊流附面层的漩涡达到叶片尾缘时便脱落下来，这种无规则的脱落造成气流干扰，从而在叶片上产生尾缘脱落噪声;d.紊 流 边 界 层 噪 声 是 叶 轮 高 速 运 转 时 ，叶 片 及 蜗 壳 表 面 紊 流 边 界 层 的 速 度 脉动引起叶片及蜗壳表面的压力脉动，从而引起较大的漩涡噪声。它与流体的粘度有关，粘度越大，紊流边界层的噪声也越大 7。离散噪声主要由旋转频率噪声、进气畸变和排气干涉三部分组成:a.旋转频率噪声是由叶轮上均匀分布的叶片打击周围气体介质，从而引起周围气体压力脉动而产生的噪声;b.进气畸变噪声是由于进气口存在支撑杆、弯头等障碍物或叶轮与进气口安装不同心导致进气畸变而产生的噪声;c.排气干涉噪声是由于叶轮排出的气流周期性地打击下游障碍物而产生的噪声。对于离心风扇就是排出的气流与蜗壳、 蜗舌的相互作用而产生的噪声，它是离心风扇离散噪声的主要来源 6。2). 机械噪声机械噪声主要是由于机械结构振动而产生的声辐射，它也是窗式空调器噪声的重要来源，约占整机噪声的12%-22%左右。引起机械结构产生振动的原因:a.主要由风扇电机系统回转不平衡而产生的振动;b.压缩机系统的振动以及由于压缩机质量欠佳，或压缩机下三只减振垫减振性能差、或压缩机下连接螺钉有偏斜等而引起冷凝输入铜管或散热输出铜管的3KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟“拍”振。这些振动如隔离不好还会传到底板、箱体等薄壁构件上，使其振 动而产生噪声。c.制冷剂在管道中流动时的脉动和冲击引起管道振动，从而产生的噪声。制冷剂在进入压缩机时，由于吸气阀(排气)不停地间歇开闭，使制冷剂在管道中产生压力脉动或冲击，使管道振动而产生噪声 8。3).电磁噪声窗式空调器的电磁噪声主要由电机、电器元件产生的，它不是很大， 约占空调器总噪声的左右5%-10% 5。空调系统的噪声可沿风道或通过建筑围护结构的不严密处传入室内，也可以通过地基、围护结构和风道壁传入室内。因此，空调 除应满足室内的温湿度要求外，还应满足室内的噪声要求 5。空调的振动大空调系统中的风机，制冷压缩机等设备运转时，会由于转动部件的质量中心偏离转轴中心而产生振动，该振动传给支撑结构，并以弹性波的形式沿房屋结构传到其它房间，又以噪音的形式出现， 这噪音称为固体声，当振动影响某些工作的正常进行或危机建筑物的安全时，需采取减震措施 5。窗式空调的振动大，不仅会增加噪音，而且是管道产生大的交变应力，容易造成损伤，并缩短空调器的寿命。通过对空调器的分析与测试发现引起整机与各部件振动的主要振源有两个，压缩机和风扇系统，它们均应装减振器。而 压缩机是与蒸发、冷凝管道直接连接的，一个是 输入一个是输出，因此造成管道振 动的最主要的振源是压缩机及管内流体的扰动，当然管道振动还受周围空气流动的随机激励的影响 8。(2) 窗式空调器降噪的研究成果a.压缩机的噪声控制压缩机噪声从产生机理上可分为两部分。其一为压缩机工作时的机械旋转噪声，其频域表现为离散噪声，其二为压缩机制冷剂的液动噪声，其 频域表现为宽频带噪声。从结构上看，空调器内部的活动空间很小，并且压缩机本身的外接管及线路很多，采用隔声罩有较大困难，而采用隔声板减少压缩机噪声的直接声场的影响是现实可行的方法。隔声板的作用主要是用于减少声源的直接声场产生的声压。经研究实验，在各频带上，隔声板具有明 显的降噪效果，可以大大降低空调 器 的 室 外 噪 声 污 染 。在 加 装 隔 声 板 后 ，空 调 器 在 高 冷 状 态 下 室 外 噪 声 大 为 下 降 9。b. 风机的噪音控制1) 利用金属网罩抑制离心风机的宽带噪声4KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟离心风机的宽带噪声是由离心叶轮进气紊流噪声和涡流噪声组成，由于离心叶轮前部蒸发器的存在，导致离心风机进气紊流的加剧，从而辐射较大的紊流宽带噪声。为了控制该噪声，在离心风机叶轮进出气口加装了金属网罩。经实验研究，加装网罩可以降低离心风机的噪声，而且网 丝的直径和网孔尺寸对离心风机的降噪有很大的影响。改装后，由于叶道内气流紊流强度及尾缘涡流脱落大小均得到了有效的控制，因而其室内评价点的噪声能量在宽频范围内得到了较大幅度的降低。2) 改变轴流风机的叶数轴流风机产生的噪声既有离散噪声又有涡流噪声，所要做的就是尽量降低其产生的噪声峰值。通过改变轴流风机的叶数，使得噪声频谱在较大范围内得以改善，不论是离散频率还是宽带频率其峰值均有明显的下降，发生这样的变化是因为在风扇旋转的过程中，当气流流过叶片时，在叶片表面形成附面层，特 别是吸力边的附面层容易加厚，并产生许多涡。在叶片尾 缘处，吸力 边与压力边的附面层 会 合 形 成 尾 迹 区 ，在 尾 迹 区 内 ，气 流 的 压 力 与 速 度 都 大 大 低 于 主 气 流 区 ，因 而 ，当工作轮旋转时，叶片出口区内气流具有很大的不均匀性。多个扇叶对稳定气流有更加突出作用，由于其扇叶相临的更加紧密，所以吸力边与压力边的附面层相对变薄，不易形成大的脉动，使其峰 值下降。旋 转基 频发生了变化，这是因为叶片数目增多的缘故，但不影响声能的下降。3) 加装隔声板因空调器内部活动空间狭小，并且压缩机本身的外接管路很多，所以对其采用 隔 声 板 减 少 压 缩 机 的 直 接 声 场 的 影 响 是 现 实 可 行 的 办 法 。此 种 类 型 的 空 调 器 中 ，在压缩机的位置开有较大面积的轴流风机进气口。由于压缩机的阻碍，其作为进气 口 已 不 再 重 要 ，而 噪 声 可 以 毫 无 阻 挡 地 从 空 调 器 内 部 传 出 。因 此 在 试 验 研 究 时 ，将隔声板加装在此处 9。4) 粘贴吸声材料吸声材料对降低噪声源的噪声具有十分显著的特点，考虑到窗式空调器的空间 狭 小 ，这 里 采 用 沥 青 玻 璃 棉 毡 ，粘 贴 在 隔 声 板 、机 壳 内 壁 以 及 机 箱 内 部 隔 板 上 9。（3）减振的研究成果根据管道振动产生的原因，对管道振动控制的方法之一是减小振源，即尽量减小压缩机在各方面的振动，又根据一些资料的分析计算，对管道的几何形状要设计合理，减小管道的转弯角度，以及理顺空调器的空气流动，减小 对管道的激励；另一方面对压缩机来说出竖向和横向振动外，还有扭转振动，这样就可能造成管道发生“拍振”，产生忽高忽低的噪音，采用结点阻尼技术较好地控制了管5KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟道的拍振。又根据日本在空调器设计方面的经验， 为减少管道的振动，可在管道间配置阻尼橡皮块，以不断耗散振动的能量 8。环 保 在 以 后 的 研 究 必 须 注 意 ，R22是 窗 式 空 调 器 广 泛 使 用 的 制 冷 剂 之 一 ，根 据蒙 特 利 尔 协 定 书 ，R22必 须 尽 快 淘 汰 。目 前 HCF407C被 认 为 是 一 种 可 替 代 R22的 制 冷剂。 但是它与矿物油不相溶，从长远的可行性上看，使用与臭氧友好的制冷 剂，改 造 现 有 的 R22系 统 ，是 空 调 行 业 的 挑 战 。如 果 解 决 这 个 问 题 ，中 国 的 产 品 将 在国 际 市 场 上 抓 住 更 多 的 机 遇 11。1.4 研究的基本内容本 论 文 主 要 研 究 的 内 容 为 设 计 窗 式 空 调 器 ，掌 握 空 调 工 作 的 原 理 ，设 计 窗 式空 调 器 的 结 构 ，根 据 设 计 参 数 ：制 冷 剂 R22，制 冷 量 3.5kW，设 计 一 个 窗 式 空 调 器并对其进行三维模拟。针 对 窗 式 空 调 器 振 动 大 ，噪 音 大 的 缺 点 ，根 据 一 些 国 内 外 的 技 术 ，通 过 网 络和图书馆书籍中的文献进行窗式空调器的设计，希望可以达到减振降噪的效果。设 计 窗 式 空 调 达 到 减 振 降 噪 效 果 是 本 设 计 的 难 点 之 一 ，将 抽 象 的 设 计 三 维 立体化是本设计的难点之二。6KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟第二章 设计计算2.1 制冷循环热力计算2.1.1 循环参数根 据 小 型 制 冷 装 置 设 计 指 导 一 书 ，确 定 冷 凝 器 和 蒸 发 器 的 制 冷 循 环 参 数及室内、外空气参数，具体如下：（1）空冷式冷凝器的工况：空气侧： 迎面风速：2.5m/s入口干球温度：35湿球温度：24制冷剂侧：入口过热蒸气温度：95冷凝温度：54.4过冷度：5.0（2）蒸发器工况：空气侧： 迎面风速：2.0 m/s入口干球温度：27湿球温度：19.0制冷剂侧：膨胀阀前过冷液温度：46.1蒸发温度：7.2出口温度：15蒸发器空气侧进出口温差t 2500 7000时，COP的下限值为2.5，所得结果满足要求。2.2 压缩机的选择及制冷剂的校核根 据 计 算 结 果 ，查 表 7-17（286页 ）12，选用空调用全封闭往复式压缩机。并 查 得 ：型 号 ：F4.3Q；额 定 制 冷 量 为 3815W；电 机 输 出 功 率 为 1100W，压 缩 机 的理 论 输 气 量 为 1.32103 m s1 ，上面均能 满足设计 要求。该压缩机在名义工况下的制冷剂质量流量为：Q Q 381510 3q 1 = kg s 23.83 10 kg s0 = 0 = =1 3 1m (2-15)q h h 257.418 901 1 42.3 蒸发器的设计2.3.1 蒸发器进口空气状态参数由 于 蒸 发 器 进 出 口 温 差 15 C，因而取 t =9.5 C，蒸发器进口处空气干球 温 度 t1 = 27 C ，湿 球 温 度 t C0 1 =17.50 ，查 湿 空 气 的 h-d图 ，得 蒸 发 器 进 口 处 湿g S空 气 的 比 焓 值 h = kj kg 1 ，焓 湿 量 d1 11.1 1 ，相对湿度 50%1 55.6 1 = g kg ，设出 口 空 气 干 球 温 度 为 17.5 ，则 ， 2 40.7 1 2 9.2h ，d = g kg 1= kj kg11KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟ai = d l 3. . m m = m m= 14 0 009 1 2 0.02832 1i(2-16)肋化系数:a5430. = = 19.2 (2-20)of =a 0.0283i肋通系数:是指每排肋管外表面积与迎风面积之比，即：a = A a 0.543of = of = (2-21)= 21.72NA s 0.025y 1每米管长的外表面积:a = d 1 = 0.0103 = m mbo (2-22) 3.14 1 0.03232 1bd = D + 2b 0 f= 10 + 2 0.15 = 10.3mmaofabo= 0.5430.0323 = 16.81 (2-23)净面比：是指最窄流通截面积与迎风面积之比，即：(s d )(s )(0.025 0.010)(0.0018 0.00015) = 1 = (2-24)f0 =0.55s s 0.025 0.00181 f2.3.4. 结构设计传热面积，管长及外形尺寸取 沿 气 流 方 向 管 排 数 N=4，分 三 路 供 液 ，迎 面 风 速 取 w = 2m s1f ，则:最小截面流速:w 2 = = m s m sf= 1 1wmax 3.64 0.55(2-25)迎风面积:13KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟q 800A v m2 0.111my = = = (2-26)2w 3600 2f总传热面积:A aN 0.111 21.72 4m2 9.64mof = A = = (2-27)2y所需管长:L A 9 64 =.= of = m 17.75m (2-28)a 0.543of取 蒸 发 器 高 度 方 向 为 12排 ，蒸 发 器 高 :1H = 1 + = (120.025 + 0.50.025) = 312.5 (2-29)12s s m mm12蒸发器长:L A .1110 = y = 0.36 (2-30)m mH 0.3125蒸发器宽:B = 4 21.65 103 87 (2-31)Ns2 = m = mm2.3.5. 传热温差t t27 17.5 = = C C (2-32)0 0 1g 2g = 14.62m t t 27 7.2g1 0 lnln17.5 7.2t t2g 02.3.6. 蒸发器传热系数的计算 管 内 R22蒸 发 时 表 面 传 热 系 数 的 计 算R22在 t0 = 7.20C 的物性为：饱和液体定压比热容 cpl = 1.205kj /(kg k)饱和蒸气定压比热容 cpg = 0.665kj /(kg k)饱和液体密度 l = 1259.74kg / m314KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟饱和蒸气密度 27.427kg / m3g =气化热 =199.31kj / kg表面张力 = 10.8103 N / m液体粘度 2.53 103 N s / m2l = 蒸气粘度 g = 0.479103 N s / m2液体导热率 1 = 0.092w/(m k)蒸气导热率 g = 0.0110w/(m k)液体普朗特数 p = 3.30rl蒸气普朗特数 p = 0.744rg已 知 R22进 入 蒸 发 器 时 的 干 度 1 = 0.16 xx ，出口干度 1.02 =R22的 总 质 量 流 量 ：q q kg hm = 1 3600 = 85.78 / (2-33)m作 为 迭 代 计 算 的 初 值 ，取 qi =11000w/ m2 ，取 R22在 管 内 的 质 量 流 速i = ，则总流通截面为：q 140kg /(m2 s)A q 75.26= m = = 2.0910 m (2-34)4 21403600qi每根管子的有效流通截面： 2dA = ii4= 3.14(0.009)24= 6.3610 m5 2(2-35)蒸发器的分路数：A 2.09104Z = = = 3.3 (2-36)A 6.36105i取 Z=3，则 每 一 分 路 中 R22的 质 量 流 量 为 ：15KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟q 85.78qm m 28.60 /, = = = kj h (2-36)dZ 3每 一 分 路 中 R22在 管 内 的 实 际 质 量 流 速 ：q 28.60g = , 125kg /(m s)= 2i m d = 5 (2-37)3600 A 3600 6.3610i于是：q 11 = B = i = (2-38)0 4.415 104g 125199.31i1 xC0 = =( )0.8 ( )0.5gx l0.11391 (2-39)2gFr =il gd2l i= 12521259.7429.80.009 = 0.112(2-40)Rel= g (1 x)di il= 125 (1 0.58) 0.009 4 =1867.62.5310(2-41) = 0.023(Re ) (Pr )0.8 0.4ll ll di 0.0920.009 =156.93(2-42)= 0.023 (1867.6)0.8 (3.30)0.4因 为 制 冷 量 为 R22 ， 取 1 = 2.2 0 F ， 因 为 c 0.65 ， 所 以fc1 = c = c = c = c =1.1360, 0.9, 667.2, 0.7,2 3 4 50.3i= c (c ) (25Fr )c2 c5l 1 0 l+ c (B )c43 0F fl=156.931.136(0.11391)0.9(25 0.112)0.3+ 4 0.7667.2 (4.415 10 ) 2.2 (2-43)= 2096.00W /(m 2K)16KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟 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为：t + t +27 17.5t a a 0= = = C (2-44)1 2 22f2 2空 气 在 22 下 的 物 性 为 ： f = 1.1966kg / 2 , = 1005 / ,Pr = 0.7026, = 15.88106 /m Cp kj kg k mf f fs2) 最窄截面处空气流速s 25 1.8 sw = wf 3.71 /max =1f= 2 ms d s 25 10.3 1.8 0.151 b f fs (2-45)3) 干表面传热系数4= 0.0014 + w d a of0.2618( ) (max 0 0.4f abo0.15)= 0.0014 += 0.0093.71 0.01030.40.2618( )15.88106 0.15(16.81) (2-46) w Cp0.009 1.1966 3.71 1005f = = 0 w m k (2-47)= 50.83 /( )4 max f220.667(Pr )0.7026f34) 在蒸发器中空气的平均比焓 .07h h55.6 40hm 47.1 /= h + 1 = 29.5 + = kj kg (2-47)2 w 55.6 29.5h hlnln1 w40.7 29.5h h2 w在 h-d图 上 按 过 程 线 与 hm = 47.1kj / kg 的 线 的 交 点 读 得 t 21.4 C= 0 ，mdm =10 / ，则析湿系数可由下式确定：g kg17KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟d d 10 7.13 = 1+ = 1+ 2.46 = 1.57 (2-48)2.46 m wt t 21.4 9m w5) 循环空气量的计算Q 3.8153600qm 921.74 /= = kg h (2-49)0, =h h 55.6 40.7da 1 2进口状态下干空气的比体积可由下式确定：l=RaT (1+ 0.0016 d )= 1 1pb287.4 (273 + 27) (1+ 0.001611.1)101320= 0.866m /3kg(2-50)循环空气的体积流量：qv q 921.74 0.866 798.23 /, = = = 3 (2-51)m ha m,da l2.3.7 风量和风机的选择蒸 发 器 所 需 循 环 空 气 的 风 量 为 921.74，查 表 2-2-5914YDW离 心 通 风 机 性 能 ，选 用 YDW-2.5S离 心 通 风 机 。该 风 机 的 流 量 为 q = 980m3 h1v , 全 压 H =189Pa , 额 定 转 速 为n = 960r ，噪 声 为 51dB(A) 。min1配 用 电 动 机 型 号 ：YSF-5024，电 压 380V，功 率 为 40W。2.3.8空 气 侧 当 量 表 面 传 热 系 数 的 计 算对于正三角形叉排排列的平直套片管束，叉排时翅片可视为六角形，且此时翅 片 的 长 边 距 离 和 短 边 距 离 之 比 A/B=1，且 ：B 25 = = = 2.554 (2-52)m d10.3b18KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟A 25 = 1 = = (2-53)所以： .27 0.3 1.27 1 0.3 2.579mB 10.3肋片折合高度为：h= db2(1)(1+ 0.35ln 10.733mm) =(2-54)m = 2d 250.831.570 = = 67m1 237 0.1510 3f f故在凝露工况下的翅片效率为：h) th(67 0.01073)th(m = = = 0.8036 (2-55)f mh 67 0.01073当量表面传热系数： =j a + a (f f b0a + af b)=1.57 0.8036 0.514 + 0.028850.83 ( )0.514 + 0.0588(2-56)= 64.96W /(m 2K) 传热系数的计算K0= atai i+ rw+1rs= 0.54280.0283 20961+a+tr+tam0.0048 +1aj= 34.13W /(m2 K)(2-57)2.3.9核 算 假 设 的 qi有 平 衡 关 系 qi=q0 和 q0=k0m，可得q0 = K0m = 34.1314.62 = 498.98W / m （2-58）219KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟a 0.5428q q W m W m= t = 498.98 / = 9570.5 / （2-59）2 20ia 0.0283i计 算 表 明 ：假 设 的 q 初 值 11000W / m2 与 核 算 值 9570.5W / m2 较 接 近 ，偏 差 小 于 2.5%，i所以假设有效。2.3.10 传热计算所需传热面积Q0 3815 0.347A = = = m2iq 1100iQ 3815A0 = = 7.70= m2K 34.1314.62m(2-60)蒸发器所需传热管总长A 7.7l = o = =14.19m （2-61）ta 0.5428t选取迎面风速 y=2m/s，则迎风面积为q, 798.23 2A = v a = = 0.11my 23600y（2-62）取 蒸 发 器 长 L=360，高 H=312.5mm，则 实 际 迎 风 面 积 为A = 0.110.3125 = 0.0344m （2-63）2y已 选 定 垂 直 气 流 方 向 的 管 间 距 s1=25mm，故垂直气流方向的每根管子数 为n1H 312.5= = =12.5 （2-64）s 251空气流通方向上的管排数为20KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟n l 14.19= = =tLn 0.3612.513.5排 （2-65）取 整 数 n=4 排 ，与 计 算 空 气 侧 表 面 传 热 系 数 时 预 计 的 空 气 流 通 方 向 上 的 管 排数目相符。沿 气 流 流 动 方 向 为 4排 ，共 布 置 48根 传 热 管 ，传 热 管 的 实 际 总 长 为l = 0.3648 =17.28m （2-66）t传 热 管 的 实 际 内 表 面 积 为A = l a =14.190.0283 = 0.40m （2-67）2i t i裕度计算AiAi0.40= =1.15 （2-68）0.347ltlt17.28= =1.2 （2-69）14.19说 明 计 算 约 有 15%的 裕 度 ，能 够 满 足 要 求 。2.3.11 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 ：BP = 1.29.81A( max ) (2-70)( 1.7de对于粗糙的翅片表面，A=0.0113当量直径：21KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟2(s d )(s )2(25 10)(1.8 0.15)= 1 =0 f =de 2.97mm mm(s d ) + (s ) (25 10) + (1.8 0.15)1 0 f(2-71)沿气流方向蒸发器长（即蒸发器的宽度）B=87mm空 气 密 度 = 1.2kg / m3 ，凝 露 工 况 下 取 = 1.2 ，则:87P =1.29.81 0.0113 ( ) (1.23.64)1.72.97= 57.286 H(189Pa)1.2Pa (2-72)所 以 ，选 择 的 YDW-2.5S型 离 心 式 通 风 机 能 满 足 压 头 要 求 。2.4 冷凝器的设计窗 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 冷凝器热负荷根 据 循 环 的 热 力 计 算 ，冷 凝 器 热 负 荷 由 下 式 计 算 ：Q ( )q 1 h hm 2 4式 中 ：q -压 缩 机 的 制 冷 剂 循 环 量 ，单 位 为 kg/sm1h -压缩机的实际排气比焓值，亦即制冷量进入冷凝器时的比焓2值 ，单 位 为 kj/kg；h -从 冷 凝 器 排 出 时 制 冷 剂 的 比 焓 值 ，单 位 kj/kg。4 h = h =h 451 418h2 2 1 + + 418 =458.69kj / kg (2-73) 0.8111iQ = 3 = = (2-74)k 23.83 10 (458.69 257.9)kw 4.784kw 4784w2.4.2 冷凝器进、出口空气参数冷 凝 器 进 风 温 度 等 于 室 外 干 球 温 度 ，即 t C1 = 350 ，取空气进出口温度差a22KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟t 2 =8 ，故 冷 凝 器 出 口 温 度 t 2 = 43 C ，冷 凝 器 的 冷 凝 温 度 t Ct C = 54.40 0 0a a1 a k2.4.3 风量及风机的选择冷凝器所需风量：qv= Q 4784k= m / s3c (t t ) 1.210008 (2-75)p a2 a1= 0.498m / s3=1794m3/ h查 表 2-4-1014，T35-11轴 流 通 风 机 性 能 与 选 用 件 。选 用 T35-11机 号 的 2.8型 轴 流 式 通 风 机 ，该 机 风 量 q m m h ，全 压 H=78Pa，全 压 功 率v = 30 3 / min =1800 3 /P=88W。配用电动机型号：YSF-5024 , 电 动 机 功 率 为 40W。2.4.4 初步规划冷凝器的结构取 冷 凝 器 的 传 热 管 ，翅 片 管 结 构 参 数 与 排 列 方 式 与 蒸 发 器 完 全 相 同 。在 窗 式 空 调 中 ，冷 凝 器 和 蒸 发 器 的 长 、高 要 相 互 配 合 ，根 据 已 设 计 好 的 蒸 发 器的 蒸 发 器 的 LH=0.36m0.3125m，以 及 选 定 的 轴 流 风 机 的 尺 寸 ，设 定 冷 凝 器 的 结构 ：长 L=0.42m，高 H=0.4125m，设 空 气 流 动 方 向 的 管 排 数 N=4，每 排 管 数 i=16。2.4.5 结构设计传热面积迎风面积：A l H 0. 0.4125m2 0.17325my = = 42 = (2-76)2迎风风速：q 1800 =wf v / 2.886 /= = m s m s (2-77)A 36000.17325y总传热面积：23KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟Aof = A aN = 0 m = m (2-78).173 21.72 4 2 15.03 2y所需管长：L A .0315 = of = 27.68 (2-79)ma 0.543of2.4.6 传热温差t t 43 35 = (2-80)a2 1 = =15.09 C0m t t 54.4 35ln ka1 lnt t 54.4 43k a22.4.7 冷凝器传热系数的计算翅片的宽度：3b = 4s1 cos300 = 4 0.025 = 0.0866m (2-81)2微 元 最 窄 截 面 的 当 量 直 径 ：2(s d )(s )2(25 10.3)(1.8 0.15)= 1 = =0 fmm mmde 2.97(s d ) + (s ) (25 10.3) + (1.8 0.15)1 0 f(2-82)则:bde= 0 0866 =.0.0029729.16 (2-83)最窄截面风速为s s 251.81 f max f= = 2.886 = 5.354m / s(s d )(s ) (2510.3)(1.8 0.15)1 b f f(2-84)24KC-35 窗式空调器的设计及三维模拟取 当 地 大 气 压 P = 1.0110 Pa ，由 空 气 （干 空 气 ）热 物 理 性 质 表 ，在 空 气 平5B均 温 度 t = 39 C 条件下，0m= = = 6 2c kg k w m kpa 1000 j /( ), 0.02643 /( ), 17.5 10 m /a as在 进 风 温 度 t 1 = 35 C 条件下，0a /a = 1.2kg m312,用 插 入 法 求 得 ： = 0.132 ，n=0.642, c=1.175,查 表 3-18和 表 3-19m=-0.218则 空 气 侧 表 面 传 热 系 数 ：of= bc Re ( )ma nfd de e1.11.2= 1.175 0.026430.132.0.00297 780.70.642 0.0866( ) 0.002970.2181.11.2 (2-85)= 65.53w/(m 2k)查 表 3-11(76页 )3，R22在 t = 54.4 C 物 性 集 合 数 B=1260，氟 利 昂 在 管 内 凝0k结的表面传热系数由式（3-17） 3计算：ki=0.555Bd (t0.25i k2331(54.4 twi0.25) twi0.25 =)0.5551260 0.0090.25 (54.4 0.25t )wi(2-86)翅片的相当高度由式（3-15） 3计算：d s cs = +h ln )0( 11)(1 0.35 12 d d0 00.01 0.025 1.063 0.025= ( 1) (1+ 0.35ln )2 0.01 0.01= 0.01m(2-87)取 铝 片 热 导 率 = 237w/(m k) ，由式（3-14） 3计 算 翅 片 参 数 m,即 ：m