制冷课程设计

1、制冷及低温原理课程设计分体式热泵空调机设计班 级：XX级XX班学 号：XXXXX姓 名：XXX指导老师：XXX2013年6月28日目录符号说明3设计工况6热力计算7冷凝器的设计计算9蒸发器的设计计算13毛细管选择计算20系统制冷剂注入量的估算20管路系统21电磁阀的选择21其他阀门选择21风机的选择22压缩机的选择22干燥过滤器的选择22热泵工况的校核23参考文献25附录25备注25符号说明下表列出设计说明书中使用的参数符号。符号说明应用场合参数名称符号单位蒸发器要求制冷量W制冷量（蒸发器热负荷）W单位质量制冷量Kj/kg蒸发温度 冷凝器热力循环图制热量（冷凝器热负荷）W单位质量制热量W冷凝温

2、度蒸发温度下饱和气相温度压缩机功率蒸发温度下饱和气相比焓Kj/kg蒸发器出口温度蒸发器出口比焓Kj/kg压缩机吸气口温度压缩机吸气口比焓Kj/kg压缩机吸气口比体积m3/kg压缩机排气口温度压缩机排气口比焓Kj/kg压缩机排气口比体积m3/kg冷凝温度下饱和液相温度冷凝温度下饱和液相比焓Kj/kg冷凝器出口温度冷凝器出口比焓Kj/kg蒸发器进口温度蒸发器进口比焓Kj/kg制冷剂理论质量流量Kg/s制冷剂实际质量流量Kg/s制冷剂理论体积流量m3/kg制冷剂实际体积流量m3/kg压力比理论比功Kj/kg应用场合理论功率W指示功率W轴功率W电功率W电效率性能系数参数名称符号单位任务说明 目的本课程

3、设计是“制冷及低温技术原理”的重要教学环节之一，通过这一环节达到了解制冷系统的设计内容，程序和基本原则，学习设计计算方法，巩固所学知识，培养学生运用所学知识解决工程问题的能力。 要求1、 了解制冷装置设计的一般步骤；2、 培养运用设计规范、设计手册的能力3、 能正确应用所学课程的知识进行设计计算；4、 初步具备绘制装置图纸的能力 步骤1、 阅读选择设计任务并收集相关资料；2、 设计参数选择；3、 负荷计算；4、 方案确定；5、 系统热力计算；6、 设备设计、选型；7、 绘制装置图；8、 编写设计说明书；9、 课程设计答辩。设计工况空调热负荷：0=2990w；制冷剂确定：R410A；空冷冷凝器名

4、义工况空气侧：迎风面风速 2.5m/s入口温度 干球温度35、湿球温度24制冷剂测：入口过热蒸汽温度 95入口压力对应的冷凝温度 54.4过冷度 5蒸发器名义工况空气侧：迎风面风速 2.0m/s入口温度 干球温度27、湿球温度19.5制冷剂测：膨胀阀前过冷液温度 46.1出口压力对应的蒸发温度 7.2出口温度 15.0热力计算 制冷循环理论压焓图 各点参数的确定0点：t0=7.200 p0=9.9780 bar h0=427.34 kj/kg1点：v1=0.02868 m3/kgt1=19.530 p1=9.9780 bar h1=438.47 kj/kg2点：t2=88.807 p2=33.

5、503 bar h2=475.09 kj/kg3点：t3=54.396 p3=33.503 bar h3=427.84 kj/kg4点：t4=54.396 p4=33.503 bar h4=302.89 kj/kg5点：t5=49.446 p5=33.503 bar h5=291.26 kj/kg6点：x6=0.369t6=7.200 p6=9.9780 bar h6=291.26 kj/kg热力计算单位质量制冷剂制冷能力q0=h0-h4=136.08 kj/kg单位容积制冷剂制冷能力qv=q0v1=4744.77 kj/kg制冷剂的质量流量qm=oh0-h4=2.99136.08=0.021

6、97 kg/s冷凝器热负荷k=qmh2-h4=3.78 kw实际输气系数qvs=qm×v1=6.3×10-4 m³输气系数=vptl取=0.65压缩机理论输气量qvh=qvs=9.7×10-4 m³s压缩机理论功率p0=qmh2-h1=0.8045 kw取压缩机指示效率i=0.8，压缩机指示功率pi=p0i=1.006 kw取压缩机的摩擦功率Pm=0.1kw，压缩机轴功率pe=pm+pi=1.106 kw理论性能系数COP=q0/w0=k/p0=4.699指示性能系数COP=q0/wi=k/pi=3.757冷凝器的设计计算 有关温度参数及冷凝器

7、负荷确定对数平均温差 翅片管簇结构参数选择计算选择10mmX0.5mm的紫铜管为传热管，选用的翅片是厚度t=0.15mm的波纹形整张铝片制套片。取翅片节距sf=2mm，迎风面上管中心距st=25mm，管簇排列采用正三角形叉排，垂直于流动方向的管间距,迎面风速。翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为沿气流流动方向的管间距为每米管长翅片的外表面积每米管长翅片间的管子表面面积每米管长的总外表面积每米管长的内表面积取当地大气杨pb=98.07kpa，由空气（干空气）热物理性质表，在空气平均温度tm=39条件下，cpa=1013J/（kg·K）、vs=17.5X106m2/s，在进风温度ta1=

8、35条件下s=1.1095kg/m3。冷凝器所需空气体积流量选取迎风面风速wy=2.5m/s，则迎风面积取冷凝器迎风面宽度即有效单管长l=0.7m，则冷凝器的迎风面高度迎风面上的管排数 进行传热计算确定所需传热面积Aof、翅片总管长L及空气流通方向上的管排数n。采用整张波纹翅片及密翅片距的叉排管簇的空气侧传热系数由式（3-10）乘以1.1再乘以1.2计算。预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n=3，则翅片宽度微元最窄界面的当量直径最窄截面风速因为则查表3-11和表3-19，用插入法求得=0.15、n=0.623、c=1.152、m=0.211，则空气侧表面传热系数去R410a在tk=54.4物性

9、集合B=1320，氟利昂在关内凝结的表面传热系数由式3-17计算翅片相当高度由式3-15就算=0.01m取了本片热导率=203W/（m·K），由式3-14 计算翅片参数m，即由式3-13计算翅片效率表面效率由式3-12计算忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响，则twi=twu=tw，讲计算所得有关各值带入式3-20即经整理得解上式得tw=48.25，则r410a在关内的凝结表面传热系数取管壁与翅片间接触热阻rb=0.004·K/W，空气侧尘埃垢热阻ra=0.0001 ·K/W，紫铜热管热导率=393W/（m·K），由式3-21计算冷凝器的总传热系数冷凝器所

10、需的传热面积所需有效翅片管总长空气流通方向上的管排数取整数n=3排，与计算空气侧表面传热系数是预计的空气流通方向上的关牌数相符。 风机的选择计算由于冷凝器的迎风面宽度l=0.7m、高度H=0.24m，安装一台风机即可。动压静压全压=37.475Pa蒸发器的设计计算 选定蒸发器的结构参数选用10mmX0.7的紫铜管，翅片选用f=0.2的铝套片，翅片间距sf=2.2mm。管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向的管间距s1=25mm，沿流动方向管排数nl=4，迎面风速wt=2.5m/s。 计算几何参数翅片为平直套片，考虑套片的外径为以图所示的计算单元为基准进行计算，沿气流流动方向的管间距为沿气流方向

11、套片的长度L=4Xs2=86.6mm每米管长翅片的外表面积每米管长翅片间的管子表面积每米管长的总外表面积每米管长的外表面积每米管长的内表面积每米管长的平均直径处的表面积由以上计算可得 计算空气侧干表面传热系数A空气物性的平均温度为空气在22下的物性为B最窄截面处空气流速C干表面传热系数干表面传热系数可用式4-48计算 确定空气在蒸发器内的哪个台变化过程根据给定的空气进出口温度由式空气的h-d图可得h1=55.6kJ/kg，h2=40.7kJ/kg，d1=11.1g/kg，d2=9.2g/kg。在h-d图上连接空气的进出口状态点1和点2，兵延长与饱和空气线（=1.0）相交于w点，该点的参数是在蒸

12、发器中空气的平均比焓为在h-d图上岸过程线与hm=47.1kJ/kg线的交点读得tm=21.4，dm=10g/kg，析湿系数可由下式确定 循环空气量的计算进口状态下干空气的比体积可由下式确定故循环空气的体积流量为 空气侧当量表面传热系数的计算当量表面传热系数对于正三角形叉排排列的平直套片管束，套片效率t可由式4-13计算，叉排是翅片可视为六角形，且此翅片的边长对距离和短边对距离之比A/B=1,且m=B/db=25/10.4，故肋片折合高度为故在凝露工况下的翅片效率为当量表面传热系数为 管内R410a蒸发时表面传热系数的计算R410a在t0=5时的物性参数为：饱和液体密度饱和蒸汽密度汽化热液体粘

13、度液体热导率液体普朗特数R410a在管内蒸发的表面传热系数可由式4-5计算，已知R410a进入蒸发器时的干度x1=0.37，出口干度x2=1.0，则R410a的总质量流量为作为迭代计算的初值，取qi=1200W/m2，考虑到R410a的阻力比相同条件下R12要大，故取R410a在管内的质量流速qi=100kg/（·s）。则总流通面积为每根管子的有效流通界面蒸发器的分路数取Z=4，则每一分路中R410a的质量流量为每一分路中R410a在管内的实际质量流速于是=0.09860又则： 传热温差的初步计算暂先不计R410a的阻力对政法温度的影响，则有 传热系数的计算由于R410a能与聚酯油能

14、互溶，故管内污垢热阻可忽略，据文献家少翅片侧污垢热阻，管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和（rw+rs+at/am·rt）可取为4.8X103（·K/W），故 核算假设的qi值计算表明，假设的初值qi12000W/与核算值12013.18W/较接近，偏差小于2.5，故假设有效。 蒸发器的结构尺寸的确定蒸发器所需的表面传热面积蒸发器所需的传热管总长迎风面积取蒸发器宽B=460mm，高H=160mm，则实际迎风面积Af=0.16X0.46=0.0736已选定垂直于气流方向的管间距为s1=25mm，故垂直于气流方向的每排管子数为深度方向（沿气流流动方向）为4排，共布置24根传热

15、管，传热管的实际总长为传热管的实际内表面传热面积为又说明计算约有39裕度，若取n=3，裕度仅为4。若考虑制冷剂出口过热度的影响，当蒸汽在管内被过热时，过热段的局部表面传热系数很低，即使过热温度不高，如35，过热所需正价的换热面积仍可高达1020。 R410a的流动阻力及其对传热温差的影响R410a在管内的流动阻力约为R12的1.22倍。R12在管内蒸发时的流动阻力可按照下式计算故r410a=X1.22=9.75由于在蒸发温度5时R410a的饱和压力为997.8kpa，故流动阻力仅占饱和压力的1不到，因此流动阻力引起蒸发温度的变化可忽略不计 空气侧的阻力计算凝露工况下，气体横向流过整套叉排管簇时

16、的阻力可按下式计算对于粗糙的翅片表面，A=0.0113当量直径沿气流方向蒸发器长（即蒸发器宽度）B=86.6mm，空气密度=1.2kg/，凝露工况下取=1.2，则p=51.1Pa所以，选取的DF2A型离心式通风机能满足压头要求。毛细管选择计算 设计参数制冷剂：R410a冷凝压力：pk=3.3503Mpa（tk=54.4）蒸发压力：p0=9.978Mpa（t0=7.2）节流阀前温度：t4=46.1制冷剂循环流量：qm=0.02197kg/s=79.1kg/h蒸发器分路数：Z=2 毛细管尺寸估计制冷剂在毛细管内的两项流动过程十分复杂，难以精确计算。用图解法选出的毛细管尺寸都要经过在实际装置中的运行

17、实验，经过修正后才能获得最佳尺寸。为简化计算，假定由冷凝器出口至毛细管前的流动阻力损失相当于饱和温度降低了1.5，因此进毛细管时液体制冷剂的过冷度为t=（54.4-46.1-1.4）=6.8由pk、t值查图7-13得标准毛细管的通流量qm=52kg/h。流量系数查图7-14，如选毛细管内径di=1.35mm，则毛细管长度L=1.5m，共两根系统制冷剂注入量的估算对于小型空调器而言，由于没有贮液器，故系统内置制冷剂的充注量对制冷机的经济、安全运行骑着重要作用。充入量过少，蒸发器只有部分管壁得到润湿，蒸发器面积不能得到充分利用，蒸发量下降，吸气压力降低，真发起出口制冷剂过热度增加，这不仅使循环的制

18、冷量下降，而且还会使压缩机的排气温度升高，影响压缩机的使用寿命；充注量过多，不仅蒸发器内积液过多，只是蒸发器压力升高，传热温差减小，严重时甚至会产生压缩机的液击现象，而且会使冷凝器内冷凝后的制冷剂液体不能及时排斥，是冷凝器的有效传热面积减小，导致冷凝器压力身高，压缩机功耗增加。由此可知，在一定工况下，系统内存在一个最佳充注量问题。系统中制冷剂的充注量不等于制冷剂的循环量，它应根据系统的容积大小、制冷剂在系统各处的状态、干度等分别加以计算。据有关资料介绍，系统的制冷剂充注量可用下式估算：式中 G-系统制冷剂充灌量，单位kg； VH-蒸发器容积，单位为1； VK-冷凝器容积，单位为1。由前面计算可

19、知，蒸发器的总传热管长为12.88m，冷凝器的总传热管长为17.4m，考虑到弯管等因素，现取蒸发器、冷凝器的总传热管长为15m和21m，相应的各自容积为格式7-50，可估算出该系统的制冷剂充注量为式中 G系统制冷剂充灌量，单位为kg；VH蒸发器容积，单位为L；VK冷凝器容积，单位为L。由之前的计算可知，蒸发器的总传热管长为10.29m，冷凝器的总传热管长为18m，考虑到弯管等因素，现取蒸发器、冷凝器的总传热管长为13m和21m，相应的各自容积为则估算出该系统的制冷剂充注量为管路系统制冷管路的设计应合理选择管材、管径、尽量缩短管线长度，为减少管路阻力损失，并防止制冷剂产生“闪气”现象。管材多采用

20、紫铜管，为减轻重量和降低成本，又多选用薄管壁铜管（=0.51.5mm）。在确定管径时主要更具管道总压力损失的许可值，对吸气管道而言，总的允许压力损失约1020kpa，相当于制冷剂的饱和温度降低1；对排气管道而言，总的荀彧压力损失约1540kpa，相当于制冷剂的饱和温度升高12；冷凝器只节流机构之间的液体连接管路总压力损失应小于20kpa。选取直径=10mm的紫铜管，总管长3m电磁阀的选择由管路直径=10mm，选取2FD10型电磁阀其他阀门选择1）单向阀单向阀的作用是限制介质在一个方向流动，截止反方向流动。采用不锈钢锥度或尼龙阀芯的单向阀，公称直径为10mm，密封性能好，导向稳定，阀芯在阀座内滑

21、动灵活，无卡死现象，工作时无噪声，工作时间越长密封性能越好，泄漏量越小，使用寿命长，更换时需要采取冷却措施焊接 。2）四通换向阀通过改变制冷剂的流动通道，改变制冷剂流向，转换冬夏两季空调系统冷凝器和蒸发器的功用：夏季制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热成为气体，在冷凝器中放热，用于室内供冷；冬季制冷剂液体在室外的冷凝器中蒸发吸收外界热量，在室内蒸发器中放热，用于室内供热。本系统选择DSF-4U型四通电磁换向阀（需使连接管道与四通换向阀能合理配合）。型号通径mm接口尺寸mm动作压差Mpa内部泄漏ml/min适用功率HPDE.S.CMinMaxDSF-4U88.19.60.252.5<10000.7

22、5-1.5风机的选择 冷凝器的风机选择由冷凝器计算得到的风压p=37.475pa，输入功率P=26.23选取w250FZL-01型轴流式通风机 蒸发器的风机选择由冷凝器计算的到的风压p=51.1pa，因此选择离心式DF2A型风机压缩机的选择由制冷剂为R410a和制冷量0=2990kw和压缩机轴功率pe=pm+pi=1.106 kw，故选取松下K型R410a制冷压缩机5KS140EBA21。干燥过滤器的选择干燥器只用于氟利昂制冷系统中，装在节流机构前的液体管路啥个，用来吸附制冷剂中所含有的水分，干燥剂一般采用硅胶或分子筛。在小型氟利昂制冷装置中通常将干燥剂与过滤器何为一体，称干燥过滤器。由管路直

23、径=10mm，选取合适入口端口径的干燥器。热泵工况的校核 名义工况实验室内干球温度20，室外温度7，湿球温度6；蒸发温度2，冷凝温度35，吸气温度12，液体温度25。制热循环理论压焓图 各点工况参数0点：t0=2.000 p0=0.8482 bar h0=425.38 kj/kg1点：v1=0.03345m3/kgt1=13.358 p1=0.8482 bar h1=434.56 kj/kg2点：t2=60.425 p2=2.1194 bar h2=460.87 kj/kg3点：t3=34.970 p3=2.1194 bar h3=433.07 kj/kg4点：t4=34.970 p4=2.1194 bar h4=259.83 kj/kg5点：t5=25.000 p5=2.1194 bar h5=241.47 kj/kg6点：x6=0.173t6=2.000 p6=2.1194 bar h6=241.47 kj/kg室内换热面热负荷作