毕业设计冷藏保温汽车的总体设计

冷藏保温汽车的总体设计（陕西理工学院热能与动力工程专业）指导教师：摘要随着我国社会经济的发展，应用制冷技术和专业设备对满足特殊温度要求的货物进行冷藏与日俱增，冷藏运输业快速发展起来，而作为公路冷藏运输的主要工具，保温冷藏车的发展也越来越受到关注。本设计以NJ131汽车底盘为基础，将其改装设计为小型冷藏汽车。综合利用制冷理论和保温冷藏等技术，其中包括对制冷装置及整车的合理布置、冷藏车箱的正确设计、对车厢主要参数的计算、制冷剂的选择和制冷机组的设计。通过对冷凝器、蒸发器、储液器的设计以及对膨胀阀的选配，使该车既有隔热车厢热保温，又满足冷藏车的设计要求。最后运用CAD制图软件绘制出保温冷藏车整体设计图制冷系统结构图以及换热器的结构图，使该设计更加充实、完整。 关键词：制冷技术,冷藏车,设计 第页，共40页Refrigerated vehicles overall designWangcheng（Grade 04,Class 103,Major Thermal Energy and Power Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong ，Shanxi）Tutor:wangxufeiAbstractWith the development of society and economy, the application of technical and professional refrigeration equipment to meet the special requirements of the cargo refrigeration temperature increasing, refrigerated transport industry has developed rapidly, and as the main tool refrigerated road transport, the development of refrigerated trucks insulation is also more and more attention.The design NJ131 car chassis, based on its design modifications for small refrigerated cars. Refrigeration and heat utilization theory refrigeration technology, including reasonable arrangement for cooling devices and the vehicle, properly designed refrigerated wagons to calculate the main parameters of the compartment, the refrigerant of choice and refrigeration unit design. Through the condenser, evaporator, accumulator design and matching pairs of the expansion valve, so that the car compartment heat insulation of existing insulation, and refrigerated trucks to meet the design requirements. Finally, the use of CAD drawing software to draw out the structure of the overall thermal design refrigerated truck refrigeration system structure and the heat exchanger, so the design is more fulfilling and complete.Keywords: refrigeration technology，refrigerator car，design第页，共40页陕西理工学院毕业设计第一章 绪论11.1冷藏保温车的发展过程11.2国内外保温冷藏技术发展现状11.2.1国内发展现状11.2.2国外发展现状21.3我国保温冷藏车的现状2第二章 保温冷藏车的分类及布置42.1冷藏保温车的概念及分类42.2冷藏保温车的整车布置42.2.1汽车底盘的选择42.2.2制冷装置的结构布置5第三章 车厢的设计63.1隔热车厢的结构型式63.2隔热层材料及其厚度63.3隔热车厢蒙皮73.4车厢设计主要技术参数分析和计算73.4.1车厢隔热壁传热系数的计算73.4.2隔热车厢平均传热系数的计算103.4.3制冷设备热负荷的计算11第四章 制冷机组的选择与布置144.1蒸汽压缩时制冷装置介绍144.2蒸汽压缩式制冷原理144.3制冷剂的要求与选择154.3.1制冷剂的热力学性质及使用要求154.3.2制冷剂的选择154.4制冷机组的结构154.5制冷压缩机的结构性能要求164.6制冷压缩机的选配与特点164.7冷凝器的结构与设计174.8蒸发器的结构与设计174.9储液器的结构与设计184.10膨胀阀的选配与要求18第五章 制冷管路的设计与隔热措施195.1制冷管路195.2制冷管路的隔热19致谢21参考文献22II陕西理工学院毕业论文第一章 绪论1.1 冷藏保温车的发展过程在古代，人们就知道用冰降温可防止物品很快腐烂，当开始用厢式车辆来运输食品以保证食品的运输安全和免遭污染时，人们就用冰和易腐食品混装的办法，避免厢内温度上升太快而使货物变质。为提高车厢的保温性能，在制造车厢板壁时填嵌隔热材料，隔热材料要求使导热系数较小而比重较轻，这样就产生了保温车。早期的隔热材料有软木、米波拉、木料木屑等。现在多采用泡沫材料。用得最多的使聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫。聚苯乙烯泡沫材料比重轻而导热系数小，可制成板材并易于切割，比原先各种隔热材料具有很大的优越性。硬质聚氨酯泡沫材料以越来越广泛地被用作隔热材料。其导热系数更小，比重也轻，且具有较高的强度，与蒙皮材料粘接力强。聚氨酯还可采用现场发泡隔热层成形工艺，工艺流程大大简化而使工效提高很多，骨架简化而使车厢自重减轻。对冷藏汽车来说，更为重要的发展是在制冷装置所采用的制冷方式以及对厢内温度调控方面。固体和液体冷却装置用得较早，冷却剂由水冰、含盐水冰发展到干冰和液氮在低温下气化的等固体液体。制冷剂用于运输工具出现了运输用制冷装置，冷藏运输工具形成食品冷藏链的关键环节。随着制冷技术的发展，又出现了蓄冷板冷藏车。对厢内温度的调节控制技术也有很大发展，用节流阀控制固体和液体气化来调控其制冷量，机械制冷装置用两位控制的方法，现在厢内温度可控制在调定温度2的范围内。1.2 国内外保温冷藏技术发展现状1.2.1 国内发展现状我国在上世纪50年代后期才开始用保温汽车加冰运输冷藏肉类、禽蛋等易腐食品。60年代初外贸部门开始组织其下属企业采用“解放”底盘改装保温汽车，至70年代初主要靠进口保温车来满足国内冷藏运输的需要，先后从罗马尼亚、匈牙利、意大利等国进口数百辆中、重型车。同时开始生产冷藏保温汽车，商业部门和机械部门均先后进行定点生产并形成一定批量。另外还从上述国家和日本进口多种型号的冷藏车和保温车。为迅速提高国产冷藏保温汽车的制造技术，我国于1979年在江苏镇江引进罗马尼亚先进技术，合作生产冷藏保温汽车，并采用美国“热王”牌制冷机组。80年代我国冷藏保温汽车发展速度加 快，社会保有量成倍增长，年产量达到2000量左右，品种已从“六五”初的10余种发展到几十种，技术上也取得很大进展。90年代以后，我国由于引进西方一些发达国家的冷藏保温汽车制作生产线和测试装置，国产的一些先进产品已达到和接近国际先进水平。在基础技术工作方面，国家有关部门也相继制定了冷藏保温汽车技术条件和性能试验方法以及运输用制冷机组试验方法等专业标准及部标准。进入21世纪以来这几年，国产冷藏保温汽车产销量一直维持在4000至5000辆之间。目前，我国冷藏保温汽车的社会保有量约为4万辆，其中冷藏车仅占15%左右。主要使用部门为肉食、冷饮和水产等副食品生产营销企业和物流公司，它们的拥有量约占全国的65%左右，其中保温车占90%以上。外贸部门的食品进出口公司等单位拥有冷藏保温汽车约占全国的15%20%，主要用来运输供出口的内类、水产、禽蛋制品、高档蔬菜和水果，冷藏汽车所占比例较高。农牧渔业系统运输肉、鱼、蛋、奶、水果及动植物种畜、种苗；医药卫生部门运输疫苗、激素和血浆制品；部队、工矿、机关和大饭店用来运输食品、易燃易爆和化工原料与化工产品以及对温度有特殊要求的军工产品，也拥有一定数量的冷藏保温汽车。近年来，随着我国加入WTO的年头增多和改革开放的不断深入，食品市场价格已经开放，蔬菜和水果的运量不断增长，大中城市的一些菜市场也购置了冷藏保温汽车。在当前公有制实现形式多元化的发展趋势下，私营企业购置冷藏保温汽车的比例越来越大。1.2.2 国外发展现状欧美国家冷藏保温汽车发展较早，在十九世纪末和二十世纪初各国开始发展冷藏运输工具，目前冷藏保温汽车已成为专用汽车的主要种类之一。美国近期保温车约占全国载货汽车保有量的0.8%，还有冷藏保温挂车和半挂车，占其总数的9.7%。法国现有冷藏保温汽车挂车和半挂车占全国运输汽车总数的1%。德国冷藏保温汽车、半挂车占全国运输汽车总数的2%。英国冷藏保温汽车占全国货运汽车总数的2.8%。目前日本年产冷藏保温汽车二至三万辆，保有量近九万辆。俄罗斯冷藏保温汽车约占货运汽车的2.3%。 日本冷藏保温汽车中轻型车占6070%；中型车占2025%；重型车占1015%。冷藏汽车约占55%，其中冷冻车占2025%。在德国，轻中重的比例为2:5:3。美国冷藏汽车总重9吨以下的占44%；912吨的占11%；12吨以上的占45%。美欧国家还有大量挂车和半挂车。日本冷藏汽车的品种最多，占专用汽车品种数的一半以上，除按使用要求选用不同制冷装置和汽车底盘外，根据装货需要设有后门、侧门、顶门，门的结构形式也有拉门、折门、滑道、卷帘、反冲等，附设的装卸机构有提升起重、尾门起重、链传送等。 欧美日本冷藏保温汽车结构工艺先进，并十分重视性能试验。二十世纪初欧洲已建立冷藏运输工具的试验基地，现在十多个国家建立了二十多个试验中心。有奥地利维也纳亚森纳尔试验站是最著名的一个，它是由国际铁路联盟组织试验研究所与奥地利政府与上世纪五十年代确定并着手筹建的。1960年11月建成静止试验室，能在静态条件下测定车厢漏气量和总传热系数、进行制冷机性能试验和整车试验；以后建立的运行试验室可模拟车辆的运行条件，除温度（-50+50）和湿度（相对湿度50100%）外，还有风速、阳光辐射、雨雪等。其它有名的还有意大利的帕多瓦和罗马试验站、德国的慕尼黑试验站和法国的安东尼试验站。1.3我国保温冷藏车的现状80年代以来，我国冷藏、保温车发展迅速，主要表现在以下方面:1使用领域不断扩大，拥有量增长较快计划经济时期和改革开放初期，我国冷藏、保温车用户主要为商业系统的肉类、水产等生产企业和供销公司以及外贸系统的食品进出口公司，运输的易腐货物主要为冷冻的肉类、禽类和水产，仅有少量用于食品行业和农牧渔业企业运输蛋、奶、种苗，医药卫生系统运输疫苗、血浆等。随着改革开放的深化和人们生活水平的提高，冷藏、保温车的使用领域迅速扩展，其用户发展到大城市超市的配送中心、副食品商场、牛奶公司和各类食品厂。除肉类外，新鲜水果和蔬菜也已成为我国冷藏、保温车运输的主要货物。此外还有各种乳制品、冷饮、糕点、巧克力及保健食品。而随着高速公路和高等级公路的发展，公路运输快捷灵便、装卸环节少、可实现“门对门”运输的优越性进一步体现出来，公路冷藏运输的运量占冷藏总运量的比例从80年代的1明发展到现在的200 0。我国冷藏、保温车的拥有量:1980年约3 500辆，1985年约6 000辆，1990年约10 000辆，1995年约15 000辆，目前超过30 000辆。2生产企业迅速增加，生产能力和产量增长较快80年代初我国生产冷藏、保温车的厂点不到10家，1990年列入全国汽车、民用改装车和摩托车生产企业及产品目录的冷藏、保温车生产厂有20多家，1996年增至56家，1999年则为70余家。其中有一汽、东风、北汽等大型汽车集团卜属厂和长安、昌河、柳州等微型车改装公司。这说明汽车主机厂为适应供大于求的市场态势，都把发展改装车作为拓展市场的重要手段，而冷藏、保温车作为市场潜力较大的专用汽车自然受到重视。另外还有一些“军转民”的企业，如河南红宇、北京大云、福建长城等也加入了这一行业。我国冷藏、保温车的年产量从80年代初的七八百辆，到1990年约1 500辆，1996年约2 500辆，1998年达到3 500多辆。目前冷藏、保温车的生产能力已达到10 000辆的水平。 3产品品种发展迅速，技术水平不断提高 80年代初，我国冷藏、保温车按底盘和制冷方式分类，冷藏汽车仅7个品种，保温汽车十几个品种。所用底盘为解放和东风的中型车，黄河8t,罗曼lOt重型车，北二汽的2t轻型车。现在不少骨干企业已形成从采用0, 5 t微型车至斯太尔重型车底盘的数十个品种，还有半挂冷藏车。从厢体隔热层结构看普遍采用聚氨脂发泡材料，厢体工艺有整体灌注发泡、分片发泡拼装、分“三明治”板拼装等。总传热系数不少达到A级(K0.4W/m2. )，部分企业已达到国际先进水平(K0.3W/m2.)，现在已有少量冷藏车出口。制冷机则多采用进口的美国“大冷王”(THERMOKING)和开利机组。现上海开利公司也组装生产开利制冷机。我国冷藏保温车行业虽发展较快，但与发达国家相比，我国冷藏保温汽车的发展还很不够。品种和技术上的差距也很大，如车厢总传热系数和换气倍数等性能指标均较落后。冷藏汽车的关键配套装置制冷机组由于缺少定点生产企业和专用零部件，其性能还难以满足长距离冷藏运输的要求。符合国际试验标准或测试程序的冷藏汽车试验设施还在建设，测试技术水平和测试仪器的精度均需提高。第二章 保温冷藏车的分类及布置2.1 冷藏保温车的概念及分类作为冷藏链的一个中间环节，冷藏保温车有着至关重要的作用。冷藏保温汽车是用来冷藏运输易腐货物和对温度有特定要求的货物的专用汽车，主要为食品。我国专用汽车主管机构又将冷藏保温汽车分为冷藏汽车和保温汽车。保温汽车是只装有隔热车厢而未装有任何制冷或加热装置的汽车。用保温汽车运输易腐货物时，车厢的隔热层起着阻滞厢内外热交换的作用，而车厢材料和厢内货物的热容量也起着维持厢内原有温度的作用。运输过程中，外界传入的热量和食物本身的呼吸热则会导致厢内温度身高。保温汽车只适宜于短距离的冷藏运输，以及运输适温范围较宽的易腐货物。冷藏汽车是指既装有隔热车厢又装有制冷装置的汽车，有些冷藏汽车还装有加热装置，或者其所采用的机械式制冷装置设有加热循环系统，用来对车厢内加热，以便在外界环境温度低于货物的运输适宜温度时，保持车厢温度于适宜状态。冷藏汽车主要是靠制冷和加热装置来维持厢内温度，使其保持在所运货物的适温范围内，从而达到避免货物变质的目的。故冷藏汽车适于长距离冷藏运输以及环境温度变化范围大的场合。由此可见，冷藏车基本涵盖了保温车的功能，有时也将保温冷藏车简称为冷藏车。分类：冷藏汽车按制冷装置的制冷方式分为机械冷藏汽车、冷冻板冷藏汽车、液氮冷藏汽车、干冰冷藏汽车等。机械冷藏汽车车内装有蒸气压缩式制冷机组，车内温度实现自动控制，很适合短、中、长途或特殊冷藏货物的运输。车厢隔热性好，减少外界车内的温度，制冷装置所占空间小，重量轻、安全可靠、不易出故障等特点。冷冻板冷藏汽车 它是利用有一定蓄冷能力的冻结板进行制冷。冷冻板冷藏汽车具有车内温度稳定，制冷时无噪声，故障少，结构简单，投资费用较低等特点。但其制冷时间有限，仅适用于中、短途公路运输。冷藏汽车的冷冻板，往往被采用与航空等运送珍贵水果、新鲜海鲜等各类保鲜食品。液氮冷藏汽车 优点：装置简单，初投资少，降温速度很快，可较好的保持食品的质量，无噪声，与机械制冷装置比较，重量大大减少。缺点：液氮成本高，运输途中液氮补给困难，长途运输时必须装备大的液氮容器，减少了有效的载货量。干冰冷藏汽车 优点：设备简单，投资费用低，故障率低，维修费用少，无噪声，缺点：车厢内温度不够均匀，冷却速度慢，时间长，干冰成本高。虽然冷藏汽车采用不同的制冷方式，但设计时都应考虑如下因素：车厢内应保持的温度，运输过程所需要的最长时间，历时时间最长的环境温度，运输的货物种类和开门次数。目前实际应用主要已机械式冷藏车为主 ，因此本次设计采用机械式冷藏车。2.2 冷藏保温车的整车布置冷藏保温车由汽车底盘、隔热车厢和制冷（加热）装置组成。2.2.1汽车底盘的选择本次设计的冷藏保温车为城市用的轻型货车，因此选用型号为南汽NJ131轻型货车底盘进行改装,根据该底盘结构、尺寸和设计要求确定隔热车厢的外形尺寸为长L=4400mm、宽B=2000mm、高H=2000mm。2.2.2制冷装置的结构布置机械冷藏汽车的制冷机组按其驱动方式可分为独立式和非独立式。独立式制冷机组本身带有驱动装置，常用的驱动装置为内燃机（柴油发动机或汽油发动机）和电动机。有的机组仅有一种驱动装置，有的则既装有发动机又装有电动机。非独立式制冷机组其压缩机由汽车主发动机来驱动。有的将压缩机装在发动机支架上或通过其本身的支架与机体相连；有的则是通过取力机构从汽车发动机取力，这样压缩机也可安装在汽车纵梁上。蒸发器总是安装在隔热车厢内，以便对隔热车厢内的温度进行调节（冷却或加热）。冷凝器则应安装在通风条件较好、离热源较远的地方。按驱动装置、压缩机、冷凝器、蒸发器四大部件构成位置，制冷机组又可分为整体式和分体式。四大组成部件装在同一厢体内连成一体的称为整体式机组；若四大组成部件中仅用管道连接而可分别装在不同位置的机组则为分体式机组，驱动装置与压缩机一般都安装在一起，由皮带传送动力。整体式机组均为独立式。制冷机组，其驱动机、压缩机和冷凝器成横向布置，称为横式；若制冷机组冷凝器装在上部，驱动机、压缩机在下部，则称为竖式。蒸发器在车厢内一般都位于前壁中上方，也有的装在左上方或右上方，如图2.1所示. a b c图2.1 蒸发器在车厢内的位置a)左上方；b)中上方；c)右上方分体式制冷机组的四大部件在整车中的位置大致有图2.2所示的四种布置方式。 图2.2 采用分体式制冷机组的冷藏汽车布置方式轻型和微型的机械冷藏汽车一般采用非独立分体式的制冷机组，这样减轻制冷机组的重量，并使整车重量配置较为合理。横式的整体机组多用于中型冷藏汽车，也有用于吨位较小的重型冷藏汽车。纵式整体机组则常为重型冷藏汽车、大型冷藏挂车和铁路冷藏车辆所采用。本设计采用独立形式，蒸发器在车厢内前壁中上方，冷凝器装在车厢前壁中上方，压缩机位于车厢内。第三章 车厢的设计冷藏保温汽车的隔热车厢，主要由顶板、底(又称地板)、前壁、后壁、左右侧壁、车门、底架及各种车厢附件组成。装有270。大开门铰链式后门的车厢，后壁仅为后门框。3.1 隔热车厢的结构型式隔热车厢的结构型式主要可分为整体结构式和分片组装式两种。典型的整体结构式车厢是整体骨架式车厢。车厢各壁板主骨架(包括门框)连接成一整体，通常采用焊接的方法。在主体骨架交汇处还可焊上三角形的加强板以增加承载能力。整体骨架式车厢的隔热层，较适合于采用填嵌或现场喷涂发泡工艺。(1)整体骨架填嵌式车厢采用硬质聚苯乙烯泡沫块作隔热材料，只能采取填嵌工艺。本结构的主要特点是：车厢具有足够的强度和刚度；型式简便，不需要特殊型材。但车厢结构较复杂，工艺较繁琐。由于硬质聚苯乙烯泡沫材料的导热系数较大，为使车厢的传热系数K值保持一定的范围时，势必加厚壁板，隔热车厢整备质量增大，有效容积减小。因此，该型式车厢多用于保温性能要求不高的保温汽车上。(2)整体骨架硬质聚氨酯喷涂式车厢与填嵌式结构主要不同之处是隔热层采用现场喷涂发泡硬质聚氨酯泡沫成形工艺，易于充满整个车厢隔热空间，隔热性能得以改善；同时硬质聚氨酯的导热系数壁聚苯乙烯低，在保证隔热车厢传热系数K一定的前提下，可减少隔热车厢壁板厚度。但喷涂发泡的隔热层厚度不易控制均匀，安装内蒙皮前，隔热层与内蒙皮接触面须经表面处理。现场喷涂发泡时，空气污染比较严重，工人劳动强度大。因此现场喷涂发泡工艺一般不如现场注入发泡工艺先进。除整体结构式外，另一种车厢结构型式为分片组装式。分片组装式又称分片拼装式，顾名思义是指车厢六大片（壁板和门框）分别采用聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料形成各自厢壁的隔热层后再互相连接成整个车厢的一种结构型式。各片连接方式除铆接（包括采用抽芯铆钉拉铆）、螺钉连接和焊接等通常连接方式外，还采用嵌合型材连接方式，即其中一片端面型材凸缘嵌入另一片对应型材的凹腔内，再铆接加固。分片组装式车厢便于采用硬质聚氨酯浇注发泡的隔热层工艺，各片浇注时夹具简单，隔热层密度均匀一致，断热桥设计更为合理，虽为便于各片嵌接，各片的端面型材常要用嵌合型材，不利于断热，增加了车厢自重，也增加了费用。另一种与整体骨架式车厢不同的整体式车厢，在装配内外蒙皮前，其主骨架并不形成整体，但它有不同于分片组装式车厢，在组装前各片尚未完全成形。这种结构的车厢，其隔热层采用现场发泡的方法，其最大特点是车厢具有完整的隔热层，故可称为整体隔热层式车厢。若采用整体骨架型式，则该结构除具有整体骨架式车厢的优点以外，还具有车厢密封性能好的优点。如采用分片拼装型式，则与分片组装硬质聚氨酯注入发泡型式的主要区别是：注入发泡材料之前，所拼装车厢的六大片是相互沟通的。因此，该结构兼备分片拼装式的优点，而且由于省去了一些嵌合型材和拼装缝隙，因而其隔热性能和整备质量指标较分片拼装式的车厢有所提高。 其装配工艺流程大致为:各片骨架组件各片骨架和外蒙皮装配一一车厢底架装配一一车厢吊装成一整体一一车厢淋雨试验一一装车厢内蒙皮-一装车厢内连接件一一灌注发泡材料(一般为硬质聚氨醋各组份材料)一一装车厢内附件。综上，本次设计采用整体隔热层式车厢。它综合了整体式和分片组装式的有点，是隔热车厢结构形式的最佳选择。3.2隔热层材料及其厚度无论国外还是国内，先进的冷藏车保温车对隔热层材料的要求都很高：(1)发泡均匀，密度小；(2)导热系数尽可能小，一般要求低于0.045 W/mK;(3)对温度变化的稳定性要好，在-4070 的温度范围内，使用性能要满足规定要求；(4)具有一定的力学强度，能承受汽车在恶劣道路条件的振动、冲击而不受损或变形；(5)吸水性和吸湿性低，抗冻性能好；(6)无毒无味，透气性小，隔热材料燃烧时，不得分解出有毒有害气体；(7)价格低，易成型，可采用充填、浇注、喷涂等工艺形成车厢隔热层。目前，国内外冷藏车保温车普遍使用的隔热材料，主要有硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫两种。聚苯乙烯泡沫是用含低沸点液体发泡剂的可发性聚苯乙烯颗粒，经加热愈发泡后，在模具中加热成型而得到的微孔型蜂窝结构的泡沫材料。用聚苯乙烯泡沫材料时隔热层只能采用填嵌工艺，必然会有缝隙而影响隔热性能，但它抗老化能力强，成形工艺简单，损耗少且成本低。聚氨酯泡沫是目前应用最广泛的优良隔热材料，其主要物理力学性能为：导热系数0.03W/mK，抗拉强度2.5GPa,抗压强度2.0GPa，与钢板粘接力2.9GPa，与胶合板粘接力1.4GPa。影响聚氨酯隔热材料导热系数的主要因素有泡沫密度、气泡直径、气泡独立率、湿度和温度等。用硬质聚氨酯泡沫材料作隔热层，可采用现场发泡的方法。现场发泡有浇注法(又称模注法)和喷涂法两种。聚氨酯泡沫材料的导热系数较聚苯乙烯低约三分之一，其现场发泡硬质聚氨酯泡沫材料与内外蒙皮和骨架有较强的粘接性能，隔热层内基本没有缝隙，因而采用硬质聚氨酯现场发泡隔热层工艺的车厢具有隔热性能好、隔热层不易老化、骨架简化、自重较轻等优点。在保证车厢隔热性能的前提下，可提高车厢的有效容积和装载质量。隔热层厚度由车厢的使用要求和所选用的隔热材料而定。对于冷藏汽车，根据汽车底盘的载货吨位大小、隔热车厢的外形尺寸、厢内调温范围和车厢的隔热性能确定隔热层厚度。选用聚氨酯泡沫作隔热材料，其厚度应在50mm120mm之间。对于保温汽车，由于车厢隔热性能选为C类，故隔热层厚度在30mm120mm之间选取。若隔热材料选用聚苯乙烯泡沫，其厚度要比聚氨酯泡沫材料增加约20%左右。由于各壁板在同一外界环境中传热过程不尽相同，因此在设计中选用不同的隔热层厚度。顶板受太阳光辐射作用较其它壁板强，因而其隔热层应设计得最厚；底板受地面反射光辐射的作用，对其隔热性要求也较高；前壁为迎风表面，其外表面放热现象较剧；顶板和侧板放热次于前壁。对于车厢门来说，要求重量较轻，车门受辐射热和放热的影响也较弱，因而隔热层可稍薄一点。但由于考虑到制造工艺性，同一车厢各壁板隔热层厚度一般分为两种或三种：顶板最厚，次为底板，再次为前壁和侧壁，后门最薄；其中底板可与顶板或前侧壁一样厚，后门也可与前侧壁一样厚。本课题的隔热材料采用聚氨酯泡沫，隔热层厚度，顶板和底板为98mm，前侧壁和后门为73mm，导热系数0.03W/mK。3.3隔热车厢蒙皮隔热车厢蒙皮材料有镀锌板、合金铝板、不锈钢板、玻璃纤维增强塑料等，金属材料的厚度为0.8mm1.5mm，非金属材料的厚度为2mm3mm，与骨架的连接方式通常采用铆接和拉铆（单向膨胀的抽芯铆钉铆接）。蒙皮表面形状为平板形，设计成瓦楞形或半圆条形，可增加结构强度和刚度并达到造型美化的目的。3.4 车厢设计主要技术参数分析和计算3.4.1车厢隔热壁传热系数的计算冷藏保温汽车隔热车厢各壁板(顶板、地板、左右侧壁、前壁、后门等)均可作为隔热平壁来计算。对于圆弧形车顶的隔热车厢，虽然顶板是曲面体，但由于圆弧曲率半径较大，因而也可看成是平壁。隔热壁传热有三个过程：高温一侧空气中的热量传到高温侧隔热壁表面；隔热壁内的热传导；热量从低温侧隔热壁表面传到低温一侧的空气中去。以隔热车厢为例，一般来说厢外温度要高于厢内温度。热量先是从厢外空气中传到隔热壁外蒙皮表面上，然后透过外蒙皮、隔热层和内蒙皮材料传到内蒙皮表面上；再由内蒙皮表面传到厢内空气中去。 对于均匀的平壁，如车厢隔热层可看作均匀隔热材料构成的平壁。根据传热学中的傅立叶定律，单层平壁导热的单位面积热流量为： q=t W/m （3.1）式中隔热材料的导热系数 W/mK；隔热材料的厚度 m；t隔热壁两侧温差 K。车厢壁板除隔热层外还有内外蒙皮，包括金属蒙皮和非金属蒙皮，可视为多层均匀平壁。其单位面积的热流量为： q= （3.2）隔热壁的导热量 Qd=qF=Ft W/m2K （3.3） 式中F所分析隔热壁的传热面积。 隔 热两侧的放热现象包括由空气引起的对流换热和温差引起的辐射传热。其传热量分别为：QW=WFtQn=nFt式中W和n分别为两侧的放热系数 W/m2K。整个传热过程的热流量：Q=Ft （3.4）式中W隔热壁外表面的放热系数 W/m2K，当靠近外表面的空气速度v2.56m/s时，W可取为29 W/m2K，当v2.56m/s时，W可近似地用下式计算： W=1.35(4.2+13) W/m2K其中v空气相对速度 m/s； n隔热壁内表面的放热系数 W/m2K，当厢内空气为自然对流时，n可取为79.3 W/m2K，当厢内空气强制循环时，n为17.523 W/m2K；i隔热平壁各层材料的厚度 m；i隔热平壁各层材料的导热系数 W/mK隔热平壁的传热系数 K= W/m2K （3.5）车厢壁板各部分的传热结构不尽相同，可划分为若干个区域来分析，某区（A区）的传热系数： Ka= W/m2 K 式中wa所分析区域壁板外表面放热系数 W/m2K；na所分析区域壁板内表面放热系数 W/m2K；ai所分析区域壁板各层材料厚度 m；ai所分析区域壁板各层材料的导热系数 W/mK。隔热壁的传热系数 K= W/m2 （3.7） 式中n所划分的区域数；Fa对应于Ka的区域传热面积m2,为该区域内外表面积的几何平均值；F整块壁板的传热面积m2，壁板内外表面积的几何平均值。本课题设计的是城市用轻型冷藏汽车，行驶速度不快，取v=60km/h，其中顶板和侧板都是跟行驶方向平行，故外表面空气速度较高，而前壁是迎风表面，外表面空气流动速度也较高，底板和后门外表面空气流动速度较低，计算得：顶板W=77.32 W/m2K；侧壁W=77.32 W/m2K；前壁W=77.32 W/m2K；底板W=29 W/m2K；后门W=29 W/m2K。而车厢内空气为强制对流，n=20 W/m2K。合金铝板蒙皮的厚度为1mm，导热系数在138147 W/mK之间，计算时取=140 W/mK；竹胶合板导热系数在0.140.16 W/mK之间，计算时取=0.15 W/mK；经过计算得出各壁板的传热系数如下：顶板：K=0.3003 W/m2K底板：K=0.2984 W/m2K前壁：K=0.4006 W/m2K侧壁：K=0.4006 W/m2K后门：K=0.3772 W/m2K在车厢壁板的金属骨架和木骨架等部位，除可划分成若干个截面相同或相类似的区域进行计算外，还可将其看作多层不均匀隔热壁，采用圆热流法进行计算。圆热流法是基于下列假设的：不同结构材料间连接贴合处缝隙忽略不计，嵌入金属骨架内的隔热材料的导热不计；与内外金属蒙皮连接的金属骨架，其温度与金属蒙皮相同，细小金属连接体的导热不予考虑热流转折处的轨迹为圆弧。上述假设虽然会造成计算误差，但由于其中一些假设所造成的误差导致计算所得热阻增大，而另一些假设则导致计算的热阻减小，综合误差与实际结果大致相符，因而仍得到较多的采用。对于将整块壁板看作多层均匀隔热壁算得的传热系数，可采用修正系数法对其计算结果进行修正。修正系数根据车厢结构、骨架密度、隔热层厚度等参考已经做过试验测得传热系数的车厢壁板类比确定，通常为1.11.4，即车厢壁板的设计传热系数应为将其视作多层均匀隔热壁算得的传热系数的1.11.4倍。3.4.2隔热车厢平均传热系数的计算隔热车厢的平均传热系数可由各壁板传热系数按下式计算Kcp= W/m2K （3.8）式中Ki车厢各壁板的传热系数 W/m2K；Fi相对应壁板的传热面积m2；F隔热车厢的传热面积m2。隔热车厢的传热面积可由下式确定：F= m2式中FW车厢外表面的总面积m2；Fn车厢内表面的总面积m2。按公式求得各壁板的传热面积为：顶板：F=8.42 m2底板：F=8.41 m2侧壁：F=8.19 m2前壁：F=3.18 m2后门：F=3.10 m2隔热车厢的传热面积F=40.07 m2隔热车厢的平均传热系数Kcp=0.3505 W/m2K实际上，考虑到壁板骨架及预埋构架等形成的热桥，通常在计算隔热车厢平均传热系数时采用修正系数法，整个车厢的修正系数约为1.11.25，整体骨架式车厢热桥较多，修正系数取值较大，本课题不属整体骨架式结构，取修正系数值为1.1，则车厢传热系数为 Kp= Kcp1.1=0.3856 W/m2K隔热车厢实际总传热系数需通过热工性能试验测定。冷藏保温汽车在使用过程中，隔热材料会发生老化，隔热材料的老化率大为平均每年为5%左右，因此，每隔6年左右就应重新测定传热系数K值，不合规定的应降级使用3.4.3制冷设备热负荷的计算制冷时隔热车厢的热流量有通过车厢壁板传入车内的热量Q1。Q1=KpF(tW-tn) W （3.9）式中Kp车厢平均传热系数W/m2K；F隔热车厢的传热面积m2；tW隔热车厢外空气温度；tn隔热车厢内的空气温度。设计外界最高温度tW=30，车厢内最低温度tn=-18，求得 Q1=0.385640.0730-(-20)=772.5W车厢换气带入厢内的热流量Q2。Q2=0V0Ck(tW-tn)+(WXW+nXn) W式中隔热车厢换气倍数h-1；0车内空气密度kg/m3；V0隔热车厢内空气容积m3；Ck空气的定压比热容J/kgK； W、n厢外和厢内空气的相对湿度%； XW、Xn对应于tW和tn温度条件下饱和空气含湿量kg/kg干空气； 水蒸气凝固潜热J/kg。 实际计算时常用如下经验公式： Q2=(0.10.2) Q1一般情况下，取Q2=0.1Q1；车厢漏气严重时，取Q2=0.2Q1，计算时取Q2=0.1Q1。太阳辐射进入车厢内的热流量Q3。Q3KcpFf(tf-tW) W式中Ff车厢受太阳辐射的面积，一般取为车厢传热面积的3040% m2；tf太阳辐射下Ff表面的平均温度，计算时取tf = tW +20 ；Z每昼夜日照时间，一般取为1216h。实际计算中，为简便起见，常取Q30.10.2Q1，本课题取Q3=0.15Q1。车厢内风机和照明灯的发热量Q4。车厢装运货物时照明用灯总是关着的，即使开门装卸货时，其开灯时间较短，用电量也较小，故照明灯的发热量可忽略不计。而本冷藏汽车主要用于城市运输，运输时间较短而装卸货较频繁，在装卸货过程中的换气足以保证厢体内有足够的新鲜空气，所以不必开风机，故风机的功率也可忽略不计。因装卸货开门传入的热量Q5。Q5=Q1 W式中开门系数。每小时内基本不开门时，=0.10.25；每小时开门12次时，=0.40.6；每小时开门23次，=0.61；每小时开门34次，=11.5；每小时开门5次以上，=2。本课题取Q5=0.5Q1。厢内货物的发热量Q6。Q6=1.163MXqX W式中MX货物的质量t；qX货物的发热量kcal/th表3.1列举一些水果蔬菜的发热量，冻货的发热量可忽略不计。表3.1 一些易腐货物的发热量品名在下列温度下易腐货物的发热量（kcal/th）04.515苹果710.511.5184669梨716.583.5145桃814.514.5217495.5桔79.514.551.5香蕉37.5112葡萄36卷心菜12.51542.5黄瓜1526.5109 车厢体预冷需摄取的热流量Q7。Q7= W式中G隔热车厢壁板的质量kg；C隔热车厢壁板的平均比热容J/kgK；t厢外气温和货物运输适温的温差K；T要求预冷的时间s。厢内货物预冷需摄取的热流量Q8。Q8=(MXCX+mbCb) W式中MX货物的质量kg；mb包装容器的质量kg；CX货物的比热J/kgK；Cb包装容器的比热J/kgK，计算时取Cb =2500J/kgK。计算时常取mb=0.15MX。制冷设备热负荷的确定本课题的冷藏车主要运送冻货，按规定的最高外气温度和厢内最低温度条件运输冻结货物时制冷设备的热负荷：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q1+0.1Q1+0.15Q1+0.6Q1=1.75Q1=1351.9 W这是因为运输冻货时，厢内及货物已预冷，货物也不发热，Q6、Q7、Q8都等于0。以上计算出的总的热负荷为1351.9W，考虑到制冷机组不能连续不停地工作，制冷机组制冷量的75%应满足计算所确定的制冷设备负荷，即制冷机组的制冷量应大于Q/0.75=1802.5W。第四章 制冷机组的选择与布置4.1蒸汽压缩时制冷装置介绍制冷方式一般分为有：机械制冷、液氮制冷、蓄冷板制冷、干冰制冷和水(盐)冰制冷等。机械制冷大都采用蒸汽压缩式制冷。下面介绍本次采用的机械制冷装置。4.2蒸汽压缩式制冷原理蒸汽压缩式制冷及制冷机发展历史悠久、技术成熟，目前在各个部门被广泛应用，更是冷藏运输制冷机的主要机型。蒸汽压缩式制冷机的工作过程主要是依赖制冷压缩机的工作，完成对制冷工质的压缩与运输，并由冷凝、节流、蒸发部件形成制冷循环，实现能量的转移与传递，实现制冷。图1-1 蒸汽式压缩机制冷原理压缩机；2-风扇；3-冷凝器；4-贮液器；5-过滤器；6-热交换器；7-膨胀器；8-蒸发器；9-气液分离器所谓制冷就是把被冷却物体的热量转移到环境介质（水或空气）中去，使被冷却物体的温度降低，并在一定时间内保持一定的低温。从热力学原理中知道，高温物体的热量向低温物体转移是自发进行的。而要把低温物体的热量转移到高温，不但不能自发进行，而且还要消耗一定的能量作为补偿才能实现。蒸汽压缩式制冷机就是借助去消耗电动机的电能，转变为压缩机的机械功作为补偿，进而把低温物体的热量转移到高温物体中去。在工程热力学中讲到的热机，它的作用是将高温热源的热量，其中一部分转移到低温热源，同时向外界作机械功。制冷机的工作则是通过外界向制冷输入机械功，而把低温热源的热量连同消耗的机械功一起转移到高温热源中。冷藏运输用制冷机的工作，是把冷藏运输货物的热量转移到外界的介质中，以保证运输货物的低温运送。冷藏运送中的蒸汽压缩制冷机，即借助制冷压缩机消耗的机械功，在制冷工质发生相态变化过程中，把低温物体的热量转移到高温物体中去。制冷机中发生相态变化而放热的工质常被称为制冷剂。通过任何一种物体，当它汽化时是要吸收热量，而液化是放出热量。蒸汽压缩式制冷系统内，制冷剂连续不断、反复地从液态为气态再由气态变为液态，在此过程中不断转移热量。蒸汽压缩式制冷机系统主要有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸汽器及相应的管路等组成。借助这些设备完成制冷循环，实现制冷。4.3制冷剂的要求与选择世界是繁多的物质中，凡是在一定条件下能产生相态变化，并伴随着热量授受关系的物质，都可以作为制冷剂。但从技术、经济、安全等方面考虑，真正实用的并不多。而在冷藏运输用制冷机中，能选作制冷剂的就更少了。常用的制冷剂根据它们的热力学、物理学、化学性质及组成，一般可以分为以下几类：氟利昂制冷剂 氟利昂类制冷剂化学性能稳定、可燃性小、惰性大、基本无毒，只是在与明火接触时才才会分解出有毒的光气。氟利昂类制冷剂的广泛应用，促进了制冷技术的发展。无机化合制冷剂 这类制冷剂有氨、水=空气、二氧化碳等，其中氨的应用最为广泛。氨用作制冷剂，其压力适中，单位容积制冷量大、价廉，在路用冷库和海上鱼船中采用较多。碳氢化合物制冷剂 用作制冷剂的碳氢化合物有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等，通常在石油、化工部门的制冷装置中采用。丙烷、丙烯用于两极压缩制冷，或用与重叠式制冷系统的高温部分，而将乙烷、乙烯用作低温部分，者类制冷剂凝固点低、价廉，但安全性能差。4.3.1制冷剂的热力学性质及使用要求制冷剂的性质直接影响制冷效果、装置的运行安全和自然环境。对制冷剂的使用要求若下：1）制冷剂在工作温度范围内，冷凝压力不宜过高一般冷凝压力不超过1.21.5MPa。制冷剂的冷凝压力低可降低设备所承受的压力，减少压缩几功耗，制冷系统的气密性容易保证。2）制冷剂的单位容积的制冷量要大。单位容积的制冷量 则大、中型容积式压缩机可缩小尺寸，提高制冷量。3）制冷剂的临界温度要高，而凝固温度要低，即在常温下不易凝固，在普通低温下能够液化。4）制冷剂要有较高的热导率，以提高制冷换热器的换热效率，并减少换热面积。5）制冷剂的黏度和密度要小，以降低系统管路阻力，减少管路压力。6）制冷剂应对人无害，不腐蚀制冷机结构材料。在工作压力、温度范围内不燃烧、不分解、不聚合、不爆炸，并具有一定的抗电性能，且价廉、购取方便。 此外，制冷剂还应有一定的容油性和容水性。能容与润滑油的制冷剂，有利于制冷机各运转部件的润滑，但易于在换热器表面上形成油膜，影响换热。制冷剂有一定的容水