冷风机的三维设计毕业设计

摘要本论文重要简介了冷风机的应用及其设计措施，开篇简介了冷风机的应用及其发展状况，论述了冷风机的基本工作原理，构造，特点，以及冷风机所特有的某些优缺陷，讨论了三维设计措施的产生、发展及其在冷风机设计中的应用。简要地简介了冷风机的重要选型措施，给出了本课题需要完毕的任务。之后简介了冷风机设计计算的有关内容，给出了冷风机设计计算和校核的详细环节，并针对一种特定的工况进行了设计计算和校核，最终简朴简介了某些常用的三维设计软件，并重点论述了Pro/E软件的特点、发展及入门知识，并以举例阐明了Pro/E三维绘图的基本环节，并最终绘制出冷风机的三维图形。通过这个设计过程可以看出，与老式的设计措施相比较，三维设计直观以便，大大减轻了手工设计时的工作量和出错率，节省了设计时间，提高了设计效率和精确性。关键词：冷风机；三维设计；Pro/E制图

AbstractThispapermainlyintroducedtheapplicationofaircooleranditsdesignmethod,atthebeginningofthepaper,itintroducedtheapplicationofaircooleranditsdevelopment,includingitsbasicprinciple,structure,characteristic,andsomepeculiaradvantagesanddisadvantages.Thearticlediscussedtheproduction,developmentofthe3ddesignmethodanditsapplicationintheaircoolerdesign.Thepaperbrieflyintroducedthemainmethodtoselecttheaircooler,andgivethetaskthatneedstobefinishedofthesubject.Thenitintroducedtherelatedknowledgeonthedesigncalculationoftheaircooler,andgavethespecificstepsoftheaircoolerdesigncalculationandcheck,anddesigncalculationandcheckforaspecificoperation,atlastthepaperbrieflyintroducedsomecommonused3ddesignsoftware,andmainlydescribedthecharacteristics,developmentandtheABCknowledgeofthePro/E,andillustratethebasicstepsofPro/E3ddrawing.Accordingtothisdesignprocess,wecanseecomparedtotraditionaldesignmethods,3ddesignismoreintuitiveandconvenient,itlargelyreducedtheworkloadanderrorrateinmanualdesign,savedthedesigntimeandimprovedtheefficiencyandaccuracyofthedesign.Keywords:aircooler;3ddesign;thePro/Emapping第一章序言1.1选题的背景和意义冷风机是一种很常见的制冷装置，从它出现到目前已经经历了几十年的发展，最初的冷风机重要是用于石油化工行业的空气冷却装置，目前已经广泛的应用于社会生活的各个方面。冷风机是通过机内压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器中制冷剂的循环来产生冷量，通过蒸发器内低温制冷剂与空气间的热互换将冷量传递给给空气，使空气温度下降，并通过风机将冷空气吹入需要制冷的地方[1]。由冷风机的制冷原理不难看出，冷风机具有许多诸如空调等其他制冷设备所不具有的优良性能，例如，可以节省工业用水，减少污染，合用于需要通风保鲜的场所，尤其是食品储存方面，这也使得它在许多领域具有不可或缺的低位。 冷风机重要用于食品行业中的肉食、家禽、水产品、果蔬、蛋奶、冷饮制品的冷却加工和冷冻储备，啤酒、白酒等多种酒类和多种饮料的冷却冷藏，此外还能满足化工、制药行业、机械、电子、水电等行业工艺性冷却加工原料和场所的冷却需要，可以说它存在于社会生活的各个领域中。由于冷风机设计参数对其运行的安全性和运行效率的影响都很大，而冷风机的制冷剂在循环过程中不停发生相变，使得其整个制冷循环的各项参数变动较大。使用老式的设计措施很难迅速、精确确实定出符合规定设计参数，这就必然会增长设计周期、提高设计成本，需要较高的人力和物力投入[2]。 而伴随计算机技术的不停提高，计算机图形学、计算机虚拟技术、计算机多媒体技术的深入发展，计算机辅助设计应运而生。尤其是近几年来，计算机辅助设计由二维逐渐向三位发展，运用计算机可以完整的模拟出我们想要设计的东西，包括外形、形态、构造等多方面，可以模拟出靠近真实的场景尺度模型，制作出几乎可以以假乱真的工程、实物效果图，同步运用动画技术模拟出运行的动态过程，可以更直观的看到设计的最终效果[3]。这些手段可以大大的提高设计师的设计水平和设计速度，减少设计投入。基于以上两点，伴随三维设计软件的不停成熟，冷风机的设计也逐渐步入三位参数化设计时代，即冷风机的三维设计，三维软件的使用使得制冷循环的设计愈加直观，大大增长了设计的精确度，减少了工作量提高了工作质量。1.2冷风机的选型冷风机作为生产生活中重要的制冷设备之一，具有构造紧凑、传热效果好、占用面积少、节省材料、应用范围广等长处。冷风机的性能好坏直接影响到整个制冷系统性能的优劣，而它的性能是由其自身的构造参数和运行工况所决定的。作为工程设计人员，在理解冷风机的构造设计的前提条件下，必需对的掌握冷风机选型措施，以满足工程设计使用规定。有关选型问题，需要注意一下几点[4-6]。理解冷风机的设计：冷风机的设计包括构造设计和热工计算。构造设计包括确定管径、管子排布方式（顺排、叉排）、翅片片形、片距、制冷剂单程当量管长等；热工计算重要包括确定风量、换热面积、蒸发温度以及换热温差，以及不一样运行工况下的冷量等。工程设计中，由于厂家生产的冷风机其构造设计固定，因此我们只需对其热工计算校对，保证能到达设计规定。注意冷风机在使用温度的限制：使用温度的高度不仅影响冷风机内蒸发温度的高下，并与其传热系数成正比。同步，在某一蒸发温度下，由于冷风机蒸发盘管每通路的内径、管长是受压降限制的，冷风机的制冷能力是有上下限的，选择时必须校核所需冷量与否在容许的范围内，尤其是在较低温度环境更应注意。温差的选择：温差是冷风机热互换的动力，长采用对数平均温差。温差大，热互换强烈，在一定温差范围内，传热系数随温差的增大而明显提高，但当温差增大到一定程度，传热系数的变化就不明显了。既要考虑提高制冷剂效率、节省能源，又要考虑减少投资、减低运行费用，需要通过一定的经济技术分析予以确定。结霜工况：当冷风机在0℃及其以上条件工作，冷风机蒸发盘管外表面因析湿而引起热、质互换，使传热系数增长。当冷风机在0℃及其如下条件工作，蒸发盘管外表面发生结霜现象。并伴随时间推移，霜层的不停增厚，霜的密度和导热系数在结霜过程中不停变化。当空气温度和霜层厚度一定期，翅片温度的变化随相对湿度的增大而增大；相对湿度一定期，霜层越厚，翅片温度的变化所受的影响越小。翅片效率与霜层厚度有关，与相对湿度无关，霜层越厚，翅片效率越高，但霜层越厚，制冷量越小。因此考虑到结霜工况，应设计成变片距，这样可以延长冷风机的除霜周期，节省能源，由于冷风机的结霜厚度沿风向是逐渐减薄的。同步，翅片片距的选中，考虑结霜工况运行，片距应取大某些。冷风机所配风机风量的校核：冷风机所配风机是按其原则工况下的风量、风压来选配的。只有风机运行在这样的工况下，才能使冷风机发挥其设计性能。因此当选用冷风机时，除了确定冷却面积外，还要校核所需风量、风压。这里的关键是确定空气在流程中所遇的阻力，假如原则风量与所需风量吻合，而实际阻力不小于风机的原则全风压，怎样差异较大，将导致风量聚减，冷风机冷却性能恶化，这时要考虑替代原冷风机所配风机，使其全压在保证风量的前提下克服空调器的沿程阻力，因此一定要认真处理好这一问题。这个问题处理不妥，是许多冻结间达不到设计规定的主线原因。设计时按吨位配冷却面积及配风量是纯经验的东西，计算沿程阻力尽量精确时，一定不要丢掉任何局部阻力项，这也是选风机时易被忽视的一种问题[7]。总之，工程设计选型人员应尽量的理解冷风机的多种构造参数，充足分析考虑影响冷风机性能的原因及需要注意的某些问题，尽量选用新型高效节能产品，并进行热工校核计算，而不仅仅是凭借经验选型。1.3冷风机的最新发展1.3.1冷风机设计的新发展自从上个世纪30年代空气冷却装置在国外初次投入工业使用以来，在石油化工及冶金工业中得到迅速应用，我国也于1963年开始对空气冷却装置进行研究，通过几十年的发展，空气冷却装置已经有最初的单纯的大型工业应用拓展到各个领域的广泛使用。冷风机发展到今天，其设计已经处在成熟阶段，目前对冷风机设计的研究重要有对其制冷循环的改善、低温冷风机结霜融霜特性的研究和改善、经济性的优化、舒适性的改善和合用范围的拓宽等老式的研究领域；以及与现代控制技术相结合对其自动控制的研究等新兴领域【8】。例如，通过建立模型、进行大量试验得到最佳的循环回路设计方式；开发形式多样的融霜技术；使用变频节能技术；采用自动化的除霜控制技术等。在详细的工艺与设计上重要是采用变片距，或整体热浸锌工艺，使钢管和翅片紧密接触，管片形成一体，以提高传热效率，并增强防腐性能，增长产品使用寿命；使用先进的轴流风机，并进行CAD优化设计，拓宽风机的高效运行区，以节省能耗，延长使用寿命，并减少噪音，提高效率，增大通风量和压力；开发多种构造形式的冷风机和管组，以合用不一样场所的应用；采用变片距优化组装的方式，以减少风阻，增强传热效果；等等。1.3.2冷风机设计措施的新发展由于老式设计措施在冷风机设计上的诸多不便，伴随计算机辅助设计的迅速发展，二维及三维设计措施迅速的在冷风机设计行业得到了应用。目前计算机辅助设计措施正从二维进入三维时代，三维设计软件可认为我们提供一种直观快捷的设计途径。不过由于三维设计软件在制冷行业的应用时间尚短，虽然有诸如autoCAD、Pro/E、Solidworks、UG等大量的三维设计软件已经冷风机的设计中得到使用，不过还缺乏专业的制图工具。因此目前冷风机设计措施上的研究，集中于对上述软件进行二次开发，开发出有关的专用软件程序，使得设计趋于参数化、原则化，变得愈加简朴精确：只需根据循环参数计算出有关的设计参数，然后通过人机对话框确定图形的重要尺寸，源程序即可边计算图形的尺寸边调用有关软件的绘图指令进行图形绘制，生成对应的图形；同步，若要变化图形的形状，可以使用对话框重新输入一组数据重画即可。这样只要有初始的设计规定参数，就能迅速绘制出满足规定的图形，这既可防止反复的劳动、提高工作效率和绘图质量，游客实现对设计的比较分析，并与计算软件对接形成完整的CAD系统[5]。1.4目前存在的问题冷风机的设计已经趋于成熟，不过还存在着某些亟待处理的问题。例如，冷风机风量的测试和计算手段尚不完善，生产厂家都没有完整的测试数据；伴随能源的日益紧张，冷风机的节能优化问题也亟待处理；目前针对冷风机设计进行的二次开发，所开发出来的软件都属于个人或者单首先的设计，没有原则化的三维参数化设计软件；等等。1.5本文的设计思绪和措施及任务通过对文献的阅读和分析，可以清晰的理解到冷风机的制冷原理及设计思绪和措施，以及三维设计措施在冷风机设计中的应用和发展。对于冷风机的三维设计，首先要根据设计规定进行有关的热力计算并根据计算成果进行尺寸的设计计算，并根据计算所得到的数据应用三维设计软件pro/e对冷风机进行三维设计。本课题重要的任务是，以pro/engineer软件为平台，进行冷风机三维设计。建立了合理的装配计划，实现了不见得自动装配、约束识别及装配干涉分析。

第二章冷空气参数计算人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能的呢过形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温，并维持这个低温。目前常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸取式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷、电热制冷、磁制冷、涡流管制冷和热声制冷等，其中最为常用的是蒸汽压缩式制冷。蒸汽压缩式制冷是运用气体的节流效应，通过绝热膨胀来制冷的。蒸汽压缩式制冷由分为单机蒸汽压缩式制冷循环和多级蒸汽压缩式制冷循环及其许多发展形式，这里为了研究以便，采用最简朴的单级蒸气压缩式制冷循环。单机压缩式制冷循环系统重要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件构成，如下图所示。对制冷剂蒸汽只进行一次压缩，故称为单机蒸汽压缩[7-8]。图1-1制冷系统原理图整个循环过程重要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程构成，每个过程在不一样的部件中完毕，制冷剂在每个过程中的状态又各不相似。对于冷风机的设计计算，要对循环的重要参数进行设计计算，并重要关注与蒸发器有关的循环参数。在冷风机的设计过程中,首先要根据所给条件计算出冷空气参数,冷空气参数是冷风机设计计算的基础和根据，其计算成果直接影响冷风机的选型和设计，因此其计算规定较高的精度，具有重要的意义。冷空气计算重要是根据有关经验公式和查表所得进行的。计算的内容可大概分为回风参数和送风参数，回风参数是冷风机蒸发器的进口空气参数，送风参数是冷风机的出口空气参数也即要进入室内的空气参数；计算重要波及冷空气的焓值、含湿量、密度、粘度、饱和蒸汽压等。2.1制冷循环有关计算2.11已知条件已知：回风干球温度：0℃回风相对湿度：90%送风干球温度：-3℃送风相对湿度：95%大气压：10132Pa制冷量：5.4kw制冷剂：R222.12有关计算查表得R22的汽化潜热为210.55kJ/kg制冷剂循环量：(2-1)代入数据计算有，制冷剂循环量为115.412kg/h2.2冷空气参数计算热力学温度：T=t+273.15(2-2)回风温度：273.15送风温度：270.15水蒸气饱和压力：(2-3)其中，P：水蒸气饱和压力：大气压力T：冷空气温度：零度（273.15）带入数据得：回风温度下水蒸气饱和压力：611.32Pa送风温度下水蒸气饱和压力：490.34Pa含湿量：(2-4)其中，d：含湿量：大气压力：水蒸气饱和压力：相对湿度代入数据得：回风含湿量：3.40g/kg送风含湿量：2.87g/kg焓值：(2-5)其中，h：焓值t：干球温度d：含湿量代入数据得：回风焓值：8.49kJ/kg送风焓值：4.14kJ/kg空气密度：(2-6)其中，：空气密度：大气压力：水蒸气饱和压力T：空气温度：相对湿度代入数据得：回风温度下的空气密度：1.29送风温度下的空气密度：1.30动力粘度：(2-7)其中，：动力粘度 T：气体温度：绝对零度代入数据得：回风动力粘度：送风动力粘度：运动粘度：(2-8)其中，V：运动粘度：动力粘度：空气密度带入数据得：回风运动粘度：送风运动粘度：定压比热容：(2-9)其中，：定压比热容d：含湿量代入数据得：回风定压比热容：1.kJ/(kg℃)送风定压比热容：1.kJ/(kg℃)空气导热率：查表得：回风导热率：0.02442W/(m℃)送风导热率：0.024174W/(m℃)空气平均温度：℃空气比容：平均含湿量：g/kg平均定压比热容：kJ/(kg℃)风量：带入数据有2.3本章小结及计算汇总冷空气参数的计算是冷风机的根据，在对制冷循环计算的基础上通过有关的经验公式计算出冷空气的各项参数，通过这些参数可以大概确定蒸发器的构造数据。表2-1制冷循环计算汇总表回风运动粘度1.399*10^(-5)m^2/s送风运动粘度1.314*10^(-5)m^2/s回风定压比热容1.kJ/(kg*℃)送风定压比热容1.kJ/(kg*℃)回风导热率0.02442W/(m*℃)送风导热率0.024174W/(m*℃)风量3442.55048m^3/h制冷剂循环量115.412kg/h

第三章蒸发器初步设计计算蒸发器是冷风机的关键部件，制冷剂在蒸发器内沸腾吸热，热量通过管壁由管外空气传入制冷剂循环，再由风机将冷空气吹出而获得冷风。蒸发器设计的好坏与否直接关系着冷风机的性能，蒸发器设计中要考虑到制冷剂的流量、空气量、蒸发温度等及由这些原因产生的风阻、结霜等问题。本章进行蒸发器的初步计算，即蒸发器构造的初步设计及翅片形式的初步计算。蒸发器拟采用纯铜管和铝片构成的套片管干式蒸发器。套片管广泛应用于氟利昂制冷机的换热器上，其构造形式如下图，即在整张的铝片或铜片上（这里采图2-1翅片管实例用铝片）按一定规律冲压出用来穿换热管的圆孔，这样，铝片或铜片就形成换热管的肋片。其中冲压出来的圆孔有翻边，起作用是增大肋片与换热管的接触面积，并保持一定的肋片间距。肋片可以是整张铝片或铜片，也可以由几张拼凑而成（这里采用整张铝片）。组装肋片的时候，为了保证铝片与换热管之间的紧密接触，一般采用10~10MPa的优雅或谁呀胀管，或用带钢珠的推杆压入馆管内，运用钢珠与圆管内径的过盈度来机械胀管，后者胀管均匀，接触热阻小，且可以省去管内清洗和干燥的麻烦，因而，这里采用后者。干式蒸发器具有许多长处[10]：（1）当使用与润滑油互溶的制冷剂R22、R11等时，只要管内制冷剂的流速不小于4m/s，就可以将润滑油带回压缩机。（2）充注的制冷剂量比较少，只为管内容积的40%左右，约为满液式蒸发器的1/3~1/2或更少。（3）对于载冷剂为水的蒸发器，蒸发温度在0℃附近时，不致发生冻结事故，并且载冷剂在管外，冷量损失少。（4）可以使用热力膨胀阀工业，比使用浮球阀简朴可靠。3.1蒸发器构造初步规划3.11蒸发器构造的初步假定管道：材料：纯铜光管管外径：9.52mm管内径：8.52mm管壁厚：0.5mm管道排列方式：正三角形排列热导率：203.5管排数：7每排管数：14管间距：25.4mm翅片：材料：铝翅片间距：4.5mm翅片厚度：0.2mm翅片形式：开窗式，亲水膜处理3.12蒸发器构造的初步计算最窄流通面积与迎风面积之比:(3-1)其中，：最窄流通面积与迎风面积之比S:管间距D:铜管外径：翅片间距：翅片厚度代入数据得：最窄流通面积与迎风面积之比为0.59741最窄截面处流速：4.4m/s（根据经验，一般取3-6m/s）最窄截面面积：(3-2)代入数据有，迎风面积：(3-3)其中，A:迎风面积A’：最窄截面面积：最窄流通面积与迎风面积之比代入数据得：迎风面积：0.364翅片总高度：(3-4)其中，H：翅片总高度n：每排管束S：管间距代入数据得：翅片总高度：0.3556m翅片沿气流方向长度：(3-5)其中，L：翅片沿气流方向长度n：每排管束S：管间距代入数据得：翅片沿气流方向长度：0.154m每根管子长度（即翅片宽度）：(3-6)代入数据有：换热管总长度：(3-7)代入数据有：迎面风速：(3-8)带入数据有：3.2肋片管参数及关内外表面积计算六角形肋片单侧表面积：(3-9)其中，：六角形肋片单侧表面积D：铜管外径S：管间距代入数据得：六角形肋片单侧表面积为：每米管子上肋片数：(3-10)代入数据有：个每米管长肋片表面积：(3-11)代入数据有：每米管长铜管表面积：(3-12)其中，：每米管长铜管表面积D：铜管外径：翅片厚度n'：每米管子上肋片数代入数据得：每米管长铜管表面积：每米管长总外表面积：(3-13)带入数据有：总外表面积：(3-14)代入数据有：肋片表面积：(3-15)带入数据有：铜管总外表面积：(3-16)代入数据有：铜管内径：8.52mm总内表面积：(3-17)其中，A''：总内表面积d：铜管内径L''：换热管总长度代入数据得：总内表面积：2.68外表面积与内表面积之比：(3-18)代入数据有：3.3本章小结及计算汇总本章的重要目的是根据上一章所算参数确定蒸发器的基本形式基本参数，并在此基础上计算出与蒸发器、翅片有关的各个参数，为下一章换热系数的计算提供根据。表3-1蒸发器初步设计计算汇总表每根管长度1043mm管数98排列方式7*14换热管总长度102.214m管外径9.52mm管内径8.52mm肋片表面积21.724m^2铜管表面积2.865m^2总外表面积24.59m^2总内边面积2.68m^2迎面风速2.63m/s

第四章蒸发器换热有关计算及校核蒸发器与冷凝器是制冷系统中的重要换热设备，两者的流动和传热特性对整个制冷系统的性能指标有重大影响。这些换热设备中包具有导热、对流换热、相变传热等多种传热方式。在制冷系统中使用的换热设备，其形式重要是间壁式换热器，即冷、热流体通过固体壁面进行热量互换的换热器（这里所波及的蒸发器即为间壁式圆管传热换热器）。右图所示为一经典的通过单层圆管的换热过程。圆管两侧分别是热流体和冷流体，冷热流体通过圆管壁实现热量互换。这样一种传热过程包括串联着的三个环节[8]：（1）热流体与壁面高温侧的对流换热；（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的固体壁导热；（3）壁面低温侧与冷流体的对流换热。在本文设计中，高温侧伴随温度的减少也许会有小水滴析出甚至产生霜层而变为相变传热，而低温侧则为有相变的换热过程，因此这三个过程要使用不一样的公式分别计算。在蒸发器运行过程中，污垢对传热系数有一定的影响。换热器在运行一段时间后，会在换热器表面形成某些污垢。污垢的导热性能十分差，因此，在换热器表面形成污垢后，使换热器的实际换热量减小，减弱了换热器的实际换热能力。因此，在换热器的设计中应当考虑污垢的影响。不过，换热器表面上污垢的种类、成分及其性质与换热器使用条件及工质自身特性有关，很难得到理论分析成果。目前的设计数据多来自试验，且试验条件不一样是，数据会有较大的差异。为了分析研究污垢的影响，引入污垢系数。本文所有污垢系数是查阅有关资料后根据经验数据所得[9-11]。此外，由于管外换热温度已经低于冷空气的露点温度，因此冷却过程中会有小水滴析出，用湿系数ξ表达热湿互换中全热量与显热量的比值，它表达因湿互换而增大了的换热量。换句话说，湿冷却时的全热量就等于干冷却（等湿冷却）的显热量的ξ倍。因此，增大析湿系数，就意味着增大潜热量互换，增大除湿量[12-15]。因此要对析湿系数进行计算。另首先，由于小水滴的出现，就会导致霜层的出现，霜层和污垢同样，也会影响换热过程，因此也要对霜层参数进行计算。最终，对比校核计算所得的理论内外表面积与上一章蒸发器构造初步设计中的内外表面积以及临界质量流速，来确定设计与否合理，假如合理则可以深入进行蒸发器的详细选型设计，假如不合理则需要分析原因，作出对应的修正。4.1空气侧放热系数计算肋片高度：(4-1)其中，h：肋片高度S：管间距D：铜管外径代入数据得：肋片高度：7.94mm参数C和n：查表可得：C=0.205n=0.65雷诺数：(4-2)其中，Re：雷诺数V：最窄截面处流速D：铜管外径v:送风运动粘度代入数据得：雷诺数：3188.74放热系数：(4-3)其中，q：放热系数C、n：参数（查表）：翅片间距D：铜管外径：送风导热率h：肋片高度代入数据得：放热系数：128.534.2管内沸腾放热计算回路数：7质量流速：(4-4)其中，v：质量流速G：制冷剂循环量N：回路数d：铜管内径代入数据得：质量流速：80.33R22分子量：86.48（查表）R22原则沸点：-40.8℃（查表）参数c：（均以热力学温度表达）(4-5)代入数据有：参数A1：其中M为R22的分子量(4-6)代入数据得：参数A1:0.143放热系数（假定质量流速＞临界流速）:(4-7)其中，q：放热系数v：质量流速d：铜管内径代入数据得：放热系数：870.454.3析湿系数：壁面温度（露点温度）：-7℃（约等于蒸发温度）壁面热力学温度：T=-7+273.15=266.15(4-8)相对湿度：100%饱和蒸汽压：(4-9)其中，P：饱和蒸汽压：大气压力T：壁面热力学温度：绝对零度代入数据得：饱和蒸汽压：362.2587Pa露点湿度：(4-10)其中，d：露点湿度：大气压力：饱和蒸汽压：相对湿度代入数据得：露点湿度：2.2319g/kg露点焓值：(4-11)其中，h：露点焓值t：露点温度d：露点湿度代入数据得：露点焓值：-1.491kJ/kg饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量：(4-12)其中，d：含湿量：大气压力：饱和蒸汽压：相对湿度代入数据得：饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量：2.23g/kg0℃水蒸气转变成霜放出的潜热：2835kJ/kg（查表）霜的比热容：2.05kJ/(kg℃)（查表）水蒸气定压比热容：1.86kJ/(kg℃)（查表）析湿系数：(1-13)其中，：析湿系数q：0℃水蒸气转变成霜放出的潜热：水蒸气定压比热容：霜的比热容t：空气平均温度：露点温度d：平均含湿量d'：饱和湿蒸汽在壁面温度时的含湿量代入数据得：析湿系数：1.46314.4霜层系数计算霜层表面温度：-7℃（近似等于蒸发温度）假定除霜周期：6h霜密度：(4-14)其中，：霜密度t：霜层表面温度V：迎面风速代入数据得：霜密度：205.98析湿量：(4-15)其中，W：析湿量G：风量：空气比容：回风含湿量：送风含湿量代入数据得：析湿量：0.霜厚度：(4-16)其中，：霜厚度W：析湿量T：除霜周期：霜密度A：总外表面积代入数据得：霜厚度：1.11mm4.5肋效率计算.5.肋片参数：(4-17)其中，m：肋片参数：参数（宽径比）q：放热系数：翅片厚度代入数据得：肋片参数：96.13肋片效率：(4-18)其中，：肋片效率m：肋片参数r：半径：参数Tanh（X）函数：代入数据得：肋片效率：0.77864.6传热系数计算对数平均温差(4-19)其中，t：对数平均温差：回风干球温度：送风干球温度：蒸发温度代入数据得：对数平均温差：5.36℃管内表面污垢系数：0.00009（查表）霜的导热率：(4-20)其中，：霜的导热率：霜密度代入数据得：霜的导热率：0.547修正系数：0.88（查表）总传热系数：(4-21)其中，q：总传热系数：管内沸腾放热系数：空气侧放热系数：管内表面污垢系数：铜管壁厚：管壁导热率'：霜的导热率：外表面积与内表面积之比：霜厚度：传热修正系数：肋片效率A:总外表面积A'：铜管总外表面积A”:肋片表面积：析湿系数代入数据得：总传热系数：46.734.7换热面积校核管内热流密度：代入数据有：所需管内表面积：代入数据有：所需管外表面积：代入公式有：外表面积误差：代入数据得：不小于10%，充足的余量内表面积误差：代入数据得：不小于10%，充足的余量4.8临界质量流速校核对R22制冷剂：e=10.1参数A1、A2：(4-13)其中，c：参数（上文）M：R22分子量e：参数（上文）代入数据得：A1：0.143A2：0.139临界质量流速：(4-14)其中，：临界质量流量q：管内热流密度A1、A2：参数（上文）代入数据得：临界质量流量：58.88不不小于88.31，故管内沸腾放热系数计算对的不不小于管内质量流速（由上文计算为80.33），故质量流速的公式选择对的4.9本章小结及计算汇总本章运用多种经验公式和计算措施在对蒸发器构造进行大概设计的基础上，对蒸发器的各项换热有关参数进行了详细计算，包括管内外的放热系数、霜层参数、析湿系数、肋效率等，最终导出了总的传热系数，并对以上数据进行了校核计算，为下一章蒸发器的定型以及风机、融霜管的设计、计算、选型打下基础。表4-1蒸发器换热计算汇总表空气侧放热系数128.53w/(m^2*s)管内换热系数870.45w/(m^2*s)肋效率0.7786析湿系数1.4631析湿量0.kg/s霜厚度1.11mm外表面积误差14.08%内表面积误差12.33%临界质量流速58.88kg/(m^2*s)

第五章蒸发器、风机、融霜管的定型计算一台完整的冷风机应包括蒸发器、风机、融霜管及与其配套的电子控制[8]、制冷管道系统。冷风机的关键部件是蒸发器，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，通过管壁将热量从管外空气中带入制冷循环并排到室外；风机的功能是导致冷风机内的强制对流，增强换热效果，同步室内的空气对流，是冷空气分布均匀从而使室内温度场分布均匀；融霜管重要用于蒸发温度低于或等于露点温度的场所[15]，这是冷风机铜管或翅片上也许会结霜，霜层会导致传热不均，增大传热热阻从而影响冷风机的工作，故需要对这种工况下的蒸发器进行定期除霜[15-18]。5.1蒸发器定型铜管：直径：9.52mm管壁厚度：0.5mm内径：8.52mm单根长度：1043mm总长度：102.214m换热部分长度：1023mm排列方式：正三角形排列7排，每排14根管道翅片：厚度：0.2mm间距：4.5mm尺寸：个数：227管道分布、翅片构造如下图：其他部件：（1）弯头：直径：10.52mm壁厚：0.5mm内径：9.52mm回转半径：12.7mm平行部分长度：10.06mm构造形式如下(原则件)：（2）集液总管：长度：147.6mm宽度：28.3mm高度：10mm壁厚：1mm集液总管外径：55mm壁厚：1mm构造形式如下：5.2风机计算及选型风量：由上文计算知当量直径（最窄处）：(5-1)其中，d：当量直径S：管间距D：铜管外径：霜层厚度：翅片间距：翅片厚度代入数据得：当量直径：3.62mm空气阻力：(5-2)其中，P'：空气阻力L：翅片沿气流方向长度D：当量直径v：最窄截面处流速：回风温度下空气密度：送风温度下空气密度代入数据得：空气阻力：90.948Pa功率：(5-3)其中：P：功率P'：空气阻力G：风量代入数据得：功率：93.52W选型：可选用350FZL2型风机两台构造形式及有关参数如下图：5.3融霜管功率计算一种融霜周期结霜量：代入数据有：冰的比热：2.15（查表）冰的融解热：334kJ/kg（查表）一种融霜周期内所结的霜融化成水所需的热量：代入数据有：融霜时间：25min融霜管功率：代入数据有：融霜管选型：长度：两回路，盘管式工作电压：220V功率：680W/m管径：8mm构造：以金属管（304不锈钢）为外壳，沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝（镍铬、铁铬合金）其空隙填氧化镁粉，封口为硅胶塞。5.4本章小结本章内容是总结以上各章，计算选定冷风机的各部件的型号参数，得到可供直接三维制图的设计数据。汇总如下：表5-1冷风机设计参数汇总表蒸发器铜管总长102.214m单根长度1043mm外径9.52mm壁厚0.5mm总根数98排列方式正三角形管排数7每排管数14弯头平行部分长度10mm回转半径12.7mm外径10.52mm壁厚0.5mm个数91连接方式焊接集液总管长度147.6mm宽度28.3mm高度10mm集管外径22mm壁厚1mm翅片个数227厚度0.2mm长度378.9mm宽度168mm风机型号350FZL2台数2融霜管方式电加热功率3.12kw型式4*1.2m

第六章冷风机三维制图三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目的更立体化，更形象化的一种新兴设计措施。三维设计在冷风机设计上的应用使冷风机的设计变得愈加直观化[19-20]。常用的三维设计软件有PRO/E、MAYA、caxa、sketchup、SolidWorks、3ds等。本文采用PRO/E软件进行三维制图。6.1Pro/E使用6.1.1软件简介Pro/Engineer操作软件是美国参数技术企业（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新原则而得到业界的承认和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，尤其是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E第一种提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来处理特性的有关性问题。此外，它采用模块化方式，顾客可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特性方式，可以将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不仅可以应用于工作站，并且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证顾客可以按照自己的需要进行选择使用。它的制图方式具有如下特性：1.参数化设计：相对于产品而言，我们可以把它当作几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特性，而每一种构成特性，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。2.基于特性建模：Pro/E是基于特性的实体模型化系统，设计人员采用品有智能特性的基于特性的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易变化模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3.单一数据库（全有关）：Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象某些老式的CAD/CAM系统建立在多种数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料所有来自一种库，使得每一种独立顾客在为一件产品造型而工作，不管他是哪一种部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可此前后反应在整个设计过程的有关环节上。例如，一旦工程详图有变化，NC（数控）工具途径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据构造与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一长处，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更廉价。6.1.2软件界面及绘图环节1.Pro/E的绘图截面如下：2.PRO/E制图的一般环节为：1.建立工作目录，即建立一种统一的资料库；2.定义参数，建立草绘，绘制出零件的三维模型；3.建立装配特性，进行零件的装配从而绘制出三维工程图。6.2冷风机三维制图6.2.1零件图绘制（以翅片为例）设置工作目录：2.新建零件模型：建立拉伸特性：定义内部草绘并设置参数：在草绘器中绘制投影图：编辑拉伸定义并完毕拉伸：即可得到翅片的三维设计图形：6.2.2装配图绘制新建组件模型（在上述工作目录中）：选用零件：依次选择插入-装配-装配，选择零件。定义零件的装配特性（约束）：依次插入冷风机各部件，并定义其装配特性，完毕冷风机组装：6.3本章小结本章内容是本文的最终目的缩在，根据前几章计算的内容，最终完毕冷风机的三维制图，运用Pro/E软件进行参数化建模，分别绘制出了冷风机个部件图形，并最终装配成完整的冷风机